故事发生在大断电30年后。复制人K（瑞恩·高斯林 Ryan Gosling 饰）是新一代的银翼杀手，在如今的世界里，人类和复制人之间的界限划分的更加明确，复制人从刚一制造出来就被灌输了服务于人类的思想，绝对不被允许产生人类的感情。
某日，一具女性复制人的遗骨被挖掘了出来 ，令陆军中尉乔什（罗宾·怀特 Robin Wright 饰）感到震惊的是，这名女性复制人生前不仅怀过孕，还将孩子生了下来，这个孩子的存在将会彻底破坏政府苦心经营的规则和秩序。乔什命令K找出这个孩子，并将他杀死。在一间废弃的农场里，K发现了一些线索，然而，这些线索竟然和他被植入的过去的记忆有着千丝万缕的关联。与此同时，复制人尼安德（杰瑞德·莱托 Jared Leto 饰）和他的手下拉芙（西尔维娅·侯克斯 Sylvia Hoeks 饰）也在寻找着这个孩子的下落。

世界核战争后，政府给每个人注射一种麻痹情感神经的药物，使人们封闭感情，变成行尸走肉。 约翰·普雷斯顿（克里斯蒂安·贝尔 Christian Bale 饰）是政府军事部门高级官员。他摧毁一切艺术品、工艺品，并将一切抗令不抛弃自己感情的人杀死，同事艾洛·帕特杰（肖恩·宾 Sean Bean 饰）因藏有一本违禁书籍也未曾幸免。一次行动中，约翰遇到玛丽·欧布莱恩（艾米丽·沃森 Emily Watson 饰）。她使得约翰开始断绝药物，试图体会有感情的生活究竟是一种什么样的滋味。他被那些第一次出现在他生命里的奇妙动人景象所陶醉了，也深深的为每天履行的破坏艺术的行为感到愧疚和内疚。 他的反常行为，被一直窥探其位置的新同事布兰特（泰雅·迪格斯 Taye Diggs 饰）看在眼里，于是想尽办法，试探约翰的虚实。在工作与道义之间，在危险与安逸之间，在情感与沦丧之间，约翰又会做出怎样的抉择呢？