故事发生在遥远的26世纪，外科医生依德（克里斯托弗·瓦尔兹 Christoph Waltz 饰）在垃圾场里捡到了只剩下头部的机械少女将她带回家中，给她装上了本来为自己已故的女儿所准备的义体，并取名阿丽塔（罗莎·萨拉扎尔 Rosa Salazar 饰）。苏醒后的阿丽塔对这个五彩斑斓但却暴力而又残酷的世界产生了浓厚的兴趣，在结识了青年雨果（基恩·约翰逊 Keean Johnson 饰）后，阿丽塔开始接触名为机动球的运动，并在比赛中展现出了惊人的格斗天赋。
在废铁城居民们的头顶，漂浮着巨大的浮空城市撒冷，废铁城居民们的一切劳作和付出，都是为了给撒冷提供继续运作的燃料。在大财阀维克特（马赫沙拉·阿里 Mahershala Ali 饰）所设立的机动球比赛中，最终获得冠军的人能够获得前往撒冷生活的资格，阿丽塔决定利用自己的格斗天赋参加比赛，却被卷入了一个巨大的阴谋之中。

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。