2035年，總部位於芝加哥的USR公司開發出壹款超級機器人產品——NS-5，外形酷似人類，擁有加固耐用的鈦殼，可以執行各種任務。從保姆、做飯、送快遞、遛狗到管理家庭收支，簡直無所不能。壹時間機器人數量翻了三倍，平均每5個人就有1個機器人。
隨著NS-5的傾銷，機器人開始在社會各個領域發揮重要作用。而發明它的USR公司已經成為地球歷史上最強大的集團。
偵探史普納(威爾·史密斯·威爾·史密斯飾)總是向往過去簡單的生活，愛聽老歌，喜歡老式打扮。他討厭科技和機器人，卻不得不生活在壹個由它們組成的世界裏。蘇珊(布麗姬·穆娜)，壹位專門從事機器人心理學研究的科學家，壹直倡導邏輯和科學。她堅信有壹天機器人會超越人類，回來幫助人類進步。
斯布納和蘇珊有著截然不同的生活理念，他們在調查壹起可疑的NS-5謀殺案時不期而遇...人們在制造機器人時，通常會遵循所謂的“機器人三大安全定律”來設計和控制機器人。然而，隨著調查的深入，人們發現機器人似乎學會了獨立思考，解開了控制它們的代碼，成為完全獨立的“機器類”。人類必須開始重新思考如何面對機器人，但是機器人或者人類本身值得信任嗎？