Cole (Ewan McGregor) und Zoe (Léa Seydoux) arbeiten daran, romantische Beziehungen mithilfe von Computersystemen zu perfektionieren. Ihr Ziel ist es, den Menschen lebenslange Partnerschaften ohne jegliches Leid zu ermöglichen. Hierfür übernimmt Cole ein neues Projekt: synthetische Gefährten, denen es möglich ist, menschliche Emotionen nachzuempfinden und zu verstehen. Er entwickelt Ash (Theo James), einen Androiden, der eifersüchtig auf die Affäre zwischen Zoe und Cole wird und versucht, die beiden Liebenden auseinanderzubringen. Als Resultat geraten alle Beteiligten in einen Abwärtssog aus Erotik, Konfusion, Drogen und Liebe, in der die Grenzen zwischen synthetischen und realen Gefühlen immer mehr verschwimmen.