Dr. Will Caster (Johnny Depp), anerkannter Experte auf dem Gebiet der Künstlichen Intelligenz, und seine Frau Evelyn (Rebecca Hall) stehen kurz davor, ein vollkommen neuartiges Computersystem zu erschaffen – ein Elektronengehirn, das über menschliche Emotionen verfügt und selbstständig reflektieren kann. Eine Gruppe technikfeindlicher Extremisten will den Superrechner um jeden Preis verhindern und verübt ein Attentat auf Dr. Caster. Doch anstatt den Wissenschaftler zu stoppen, verhelfen sie ihm damit erst zum Erfolg. Denn Evelyn, hin und her gerissen zwischen Liebe und Forscherdrang, vollendet das Experiment gemeinsam mit Max Waters (Paul Bettany), einem engen Freund und Kollegen ihres Mannes. Sie verbinden das Gehirn des schwer verletzten Will mit dem Computer und lassen seinen Geist mit der Maschine verschmelzen. So entsteht ein hochintelligentes Wesen, das sich bald seiner ungeheuren Macht bewusst wird.