En un futuro cercano, una joven llamada Lucy lleva una vida despreocupada en Taipei, Taiwán. Sin embargo, su existencia da un giro drástico cuando se ve atrapada en una situación peligrosa tras ser secuestrada por un grupo de mafiosos que la obligan a transportar una potente droga en su cuerpo. Este narcótico, que se libera lentamente en su organismo, permite que Lucy acceda a un potencial cerebral humano mucho mayor al normal, despertando habilidades sobrehumanas.
A medida que la droga se libera, Lucy comienza a experimentar una serie de cambios extraordinarios. Su inteligencia se dispara, su percepción del tiempo y el espacio se transforma, y poderes como la telequinesis, la manipulación del entorno y la capacidad de recordar cualquier recuerdo la convierten en una ente casi divino. Con el mundo a sus pies, Lucy decide que no solo quiere sobrevivir, sino entender la vasta complejidad de la humanidad, la vida y su propia existencia.
Ayudada por un profesor especializado en neurociencia, Lucy se embarca en una frenética carrera para detener a sus captores y descubrir la inmensidad de sus habilidades. La película aborda profundas cuestiones filosóficas y científicas mientras Lucy lucha por controlar su nueva realidad. Con un clímax explosivo, se explora la pregunta de qué significa ser humano y los límites del potencial humano, llevando al espectador a un viaje visual y cerebral fascinante.