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……

小埃利奥特（亨利托马斯）发现一个意外走失的小外星人，他悄悄的收留了小外星人，并把他介绍给自己的哥哥和妹妹。孩子们与外星人友好的相处，给他吃巧克力，带他去郊外寻找家人留下的痕迹，并为小外星人的种种特异功能兴奋不已。渐渐的埃利奥特与外星人之间形成了某种奇妙的联系，跨越了言语沟通的障碍。
可是不久，外星人的存在被大人们知晓，无情的追捕行动展开了。ET被抓进实验室，小埃利奥特也一病不起。孩子们愤怒了，他们自发组织起来，营救外星人。埃利奥特也在心灵的感召下苏醒过来，加入营救行动。他们能成功么？