本片背景设定在21世纪中期,由于气候变暖导致南北极冰川融化,使得很多城市被淹没。在这个时代,人类科技高度发达,发明了人工智能机器人来应对恶劣的自然环境。机器人制造技术也已经非常先进,这些机器人不仅具有几乎与人类相同的外观,还能感知自身的存在。主角莫妮卡的儿子马丁患病住院,生命垂危。为了缓解心情,她领养了机器人小孩大卫(由海利•乔•奥斯蒙特饰演)。大卫的存在意义就是要爱护莫妮卡。马丁康复后回到家,一系列的事件导致大卫被莫妮卡抛弃。大卫逃过机器人屠宰场的残酷追杀,得到了机器情人乔(由裘德•洛饰演)的帮助,开始寻找自己的生存价值。他渴望变成真正的孩子,重新回到莫妮卡母亲身边。然而,谁也不知道他能否实现这个心愿,他们面临的只是一段充满未知和艰险的旅程。