Caleb Smith, Programmierer eines Suchmaschinen-Giganten, gewinnt einen Wettbewerb und darf eine Woche auf dem privaten Berganwesen des brillanten, zurückgezogen lebenden Firmenchefs Nathan Bateman verbringen. Bei seiner Ankunft erfährt Caleb, dass Nathan ihn als menschliche Komponente eines Turing-Tests ausgewählt hat. Er soll die Fähigkeiten und letztlich auch das Bewusstsein von Nathans neuestem Experiment auf dem Gebiet der künstlichen Intelligenz auswerten. Dieses Experiment ist Ava, ein atemberaubender Roboter, dessen emotionale Intelligenz sich als weit fortgeschrittener, verführerischer und trügerischer erweist, als es sich die beiden Männer je hätten vorstellen können.