O Doutor Will Caster (Johnny Depp) é um dos grandes pesquisadores em inteligência artificial do mundo, e está trabalhando em uma máquina que capta a variação de emoções humanas. Por conta de seu grande envolvimento com a tecnologia, ele tornou-se inimigo de quem é contrário ao avanço da ciência. Após destruírem vários laboratórios, um dos manifestantes atinge Caster com um tiro. Perto da morte, o doutor convence sua esposa Evelyn (Rebecca Hall) e seu amigo Max Waters (Paul Bettany) a testar o próprio equipamento criado. Aparentemente a máquina funciona, mas a inteligência artificial precisa ser alimentada e ampliada, Fazendo a dupla questionar-se sobre a real necessidade dessa invenção.