Caleb (Domhnall Gleeson) ist 26 und ein erfolgreicher Web-Programmierer. Als er einen firmeninternen Wettbewerb gewinnt, darf er eine Woche in den Bergen im Privathaus des abgeschieden lebenden Firmenchefs Nathan (Oscar Isaac) verbringen. Was als Urlaub gedacht war, entpuppt sich allerdings als Calebs Teilnahme an einem Experiment: Er soll mit einer schönen Roboterfrau (Alicia Vikander) zusammenarbeiten – der ersten wirklichen künstlichen Intelligenz. Doch nach und nach beginnen unerwünschte Gefühle in dem jungen Mann zu wachsen und es wird immer unklarer, wo die Unterschiede zwischen Mensch und Maschine liegen, wenn es um Gefühle, Bewusstsein und Sexualität geht.