La película nos sitúa en un futuro no  muy lejano donde vive Theodore (Joaquin Phoenix), un hombre solitario que trabaja como escritor y que está pasando por las últimas etapas de un traumático divorcio. La vida de Theodore no es demasiado emocionante, cuando no está trabajando se pasa las horas jugando a videojuegos y, de vez en cuando, sale con sus amigos. Pero todo va a cambiar cuando el escritor decide adquirir un nuevo sistema opertavio para su teléfono y su ordenador, y este sistema tiene como nombre "Samantha" (voz de Scarlett Johansson).

Samantha es un nuevo modelo de inteligencia artificial y a Theodore le gusta desde el primer momento: su voz es sexy y bonita, sabe escuchar, da buenos consejos y su función es satisfacer los deseos de su dueño. Cada vez pasan más tiempo juntos y lo que Theodore no podía imaginarse es que Samantha y él acabarían enamorándose el uno del otro, pero Samantha no es una persona, sino un robot, lo que sume a Theodore en una extraña sensación de júbilo y dudas.