公元2035年，總部位于芝加哥的美國USR公司開發(fā)出超能機器人產(chǎn)品--NS-5。隨著NS-5被大量傾銷，機器人開始充當起社會各個領域的重要角色。

        警探史普納始終留戀以往簡單的生活，愛聽老歌，喜歡老式的打扮。他厭惡科技和機器人，卻身處由科技和機器人組成的世界。專門從事機器人心理研究的科學家蘇珊向來崇尚邏輯與科學，她堅信總有一天機器人會勝過人類。生活觀念南轅北轍的史普納和蘇珊卻在調查一樁疑似NS-5謀殺人類的案件中不期而遇。

        史普納發(fā)現(xiàn)了一個名叫桑尼的機器人極有可能就是奉命殺害朗寧博士的“兇手”。在追捕中他發(fā)現(xiàn)桑尼不僅具有自我思考能力，而且擁有酷似人類的情感。訊問中桑尼告訴史普納，他并沒有殺害朗寧博士，而是在幫助他做一件事情。

        深入的調查使他遭到大批NS-5型機器人的追殺，顯然是有人想致史普納于死地。蘇珊無意中驚訝地發(fā)現(xiàn)，史普納原來是一個利用高科技修復合成的人。勞倫斯承認他知道確實存在著能夠超越三大安全法則的機器人，而自己也在盡力挽回這個由朗寧博士犯下的錯誤，并要求蘇珊盡快將桑尼銷毀。桑尼將自己的夢畫在紙上交給了史普納，希望這個被朗寧博士載入的信息能夠對他有所幫助。在執(zhí)行銷毀命令時，蘇珊使用調包計將桑尼救出。史普納、蘇珊和桑尼一起來到USR公司總部，卻發(fā)現(xiàn)勞倫斯已死。史普納忽然意識到自己的錯誤，應該懷疑的其實并非人類。真正的幕后操縱者竟然是公司名為“薇琪”的中央控制系統(tǒng)。正是“她”利用上層控制系統(tǒng)囚禁了朗寧博士并對機器人進行操控。

        真相大白，而此時唯一能做的就是盡快用抹除劑摧毀“維基”的智能控制系統(tǒng)，制止這場人類的災難。大批受到控制的機器人向他們涌來。雙方經(jīng)過激烈的戰(zhàn)斗，抹除劑終于被注入了“薇琪”的智能系統(tǒng)，“人類保護計劃”的所有命令隨即終止。城市恢復了正常，機器人重新開始為人類服務。史普納也終于消除了對機器人的懷疑和厭惡，與桑尼成為了好朋友。