21世纪中期，由于气候变暖，南北两极冰盖的融化，地球上很多城市都被淹没在了一片汪洋之中。此时，人类的科学技术已经达到了相当高的水平，人工智能机器人就是人类发明出来的用以应对恶劣自然环境的科技手段之一。先进的人工智能机器人不但拥有可以乱真的人类外表，而且还能像人类一样感知自己的存在。大卫（海利·乔·奥斯蒙特）就是这样一个有思想、有感情的小孩机器人，他被一对人类父母梦妮卡和亨利所收养，但他始终不是真人。由于种种原因，梦妮卡还是将大卫留在郊外（为了使大卫不被销毁），所以他一直渴望着自己终有一天不再仅仅是个机器人。抱着对这个愿望的执着，大卫踏上了漫长的寻找蓝仙女的旅程，途中遇到了被追杀的善良的机器人乔（裘德·洛）。谁也不知道他们能否完成自己的心愿成为真正的人，得到真正的爱。