一个运气不佳的自行车手迈尔斯某天偶然发现一只先进、机器、军用的机器狗A.X.L.，其心脏是真狗的心脏，其他部位装备新一代人工智能。迈尔斯和AXL在日常交往中逐渐增进感情，而无赖军事科学家要不顾一切将AXL捉回，迈尔斯与他的梦中情人、足智多谋莎拉组队，为保护他的新朋友，踏上了一段史诗般的冒险旅程。

在英国郊外某个安静的角落，耸立着豪华考究的别墅。这幢别墅属于年迈的希夏尔先生（吉姆·诺顿 Jim Norton 饰）和希夏尔太太（黛安娜·哈卡索 Diana Hardcastle 饰）夫妇。这一天，别墅迎来了一个年轻女孩。女孩名叫格丽塔（劳伦·科汉 Lauren Cohan 饰），因某些原因他希望逃离之前的生活，同时也是受雇于希夏尔完成一项奇怪的工作。希夏尔夫妇即将外出度假，他们要求格丽塔在此期间照顾他们的“儿子”布拉姆斯——一个男孩模样的人偶。格丽塔起初感到好笑，但看到夫妇俩一本正经的模样也便尽可能控制自己的好奇心。夫妇为格丽塔规定了不可逾越的条款，但是当他们离开后，格丽塔却最终逾越了戒条。
令她难以置信的是，布拉姆斯仿佛真的拥有鲜活的生命……