Lucy (Scarlett Johansson) é uma jovem que acorda repentinamente num local estranho com a barriga enfaixada. Ela descobre que na noite anterior havia aceito transportar drogas em seu estômago. Sem saída, ela dá continuidade ao procedimento, apesar dos riscos que corre. Por acaso, Lucy começa a absorver as drogas, e tem seus sentidos alterados. Ela fica preocupada com as reações da droga e encontra a pesquisa do Professor Norman (Morgan Freeman), defensor da ideia que o ser humano pode utilizar apenas 10% da capacidade cerebral. Aos poucos Lucy aumenta o uso de seu cérebro e começa a desenvolver poderes anormais, como a telecinesia, a ausência de dor e a felicidade de adquirir conhecimento.