En un futuro no muy lejano, la ciudad de Detroit enfrenta un notable aumento en el crimen y la corrupción. Para combatir esta ola de violencia, la corporación OmniCorp, líder en tecnología militar, busca la manera de implementar un innovador programa de policía robótica. Cuando el oficial Alex Murphy, un policía íntegro y justo, queda gravemente herido tras un ataque de una pandilla, OmniCorp ve la ocasión perfecta para probar su experimento humano-robot.

En un pequeño pueblo de Wisconsin, Lars, un joven introvertido y algo peculiar, lleva una vida bastante solitaria, marcada por la rutina y la falta de conexión con su entorno. Después de la muerte de su padre, Lars se siente más aislado que nunca. Sin embargo, su vida da un giro inesperado cuando presenta a su nueva “novia”, Bianca, una muñeca de tamaño real que ha ordenado por Internet. Aunque parece un capricho extraño, Lars se siente genuinamente enamorado y empieza a interactuar con ella como si fuera una persona de carne y hueso.