21世纪中期，由于温室效应，南北极冰川融化，地球上很多城市被淹没。此时，人类科技已经高度发达，人工智能机器人就是人类发明出来用以应对恶劣自然环境的科技手段之一，而且，机器人制造技术已经高度发达，先进的机器人不但拥有可以乱真的人类外表，还能感知自身的存在。
莫妮卡的儿子马丁重病住院，生命危在旦夕，为了缓解伤痛的心情，她领养了机器人小孩大卫（海利•乔•奥斯蒙特 饰），大卫的生存使命就是爱她。马丁苏醒，恢复健康，回到了家里，一系列的事情使大卫“失宠”，最后被莫妮卡抛弃。
在躲过机器屠宰场的残酷追杀后，大卫在机器情人乔（裘德•洛 饰）的帮助下，开始寻找自己的生存价值：渴望变成真正的小孩，重新回到莫妮卡妈妈的身边。谁也不知道他能否完成自己的心愿，脱胎换骨成为真正的人，等待他们的只是凶吉难料的旅程……

麦克（布鲁斯·威利斯 饰）是著名儿童心理学家，却也有始终未能治愈的患者，甚至因此遭到枪击，这名少年随后也饮枪自毙。这给麦克带来很大心理阴影，一年后他找到另一个症状很像这名患者的男孩柯尔（海利·乔·奥斯蒙 饰），并耐心的做起了他的医生。柯尔并不容易接近，但麦克还是慢慢赢得 了他的信任，得知了柯尔的秘密。原来柯尔有着灵异的第六感，可以看到鬼魂。虽然这令人感到难以置信，但麦克在证实了事情的真相后还是帮助柯尔接受了这个事实。
可是就在问题即将得到解决的时候，麦克却在柯尔的引导下，发现了一个更令人震惊的秘密……