Der 24-jährige Web-Programmierer Caleb (Domhnall Gleeson) gewinnt einen firmeninternen Wettbewerb – sein Preis: eine Woche Aufenthalt im privaten Bergdomizil des zurückgezogen lebenden Konzernchefs Nathan (Oscar Isaac). Vor Ort muss Caleb allerdings an einem ebenso seltsamen wie faszinierenden Experiment teilnehmen und mit der weltweit ersten, wahren künstlichen Intelligenz interagieren: einer bildschönen Roboterfrau (Alicia Vikander). Dabei verwickelt sich Caleb in ein kompliziertes Liebesdreieck, in dem es um die großen Fragen der menschlichen Natur geht: Worin unterscheiden sich Wahrheit und Lüge? Was ist das Wesen von Bewusstsein, Emotion und Sexualität?