1990 में, इंसानों और रोबोट के बीच युद्ध ने दुनिया को अस्त-व्यस्त कर दिया था। सेंट्रे के सीईओ एथन स्केट की मदद से, जिन्होंने न्यूरोकास्टर तकनीक विकसित की थी, जिसने इंसानों को अपने दिमाग को ड्रोन रोबोट में अपलोड करने की अनुमति दी, मानवता युद्ध जीतने में कामयाब रही, जबकि रोबोट को बहिष्कृत क्षेत्र में निर्वासित कर दिया गया। हालाँकि, इस तकनीक की सफलता का मतलब था कि कई लोगों ने अर्ध-वनस्पति अवस्था में अपना आभासी जीवन जीने का विकल्प चुना, जबकि ड्रोन अधिकांश काम करते हैं।

1994 में, किशोरी मिशेल अपने अपमानजनक पालक पिता, टेड के साथ रहती है। सालों पहले, वह अपने परिवार के साथ एक कार दुर्घटना में शामिल थी, जिसमें उसके माता-पिता और भाई की कथित तौर पर मृत्यु हो गई थी। वह एक स्थिर घर नहीं मिलने के कारण कई पालक परिवारों के साथ रह चुकी है। वर्चुअल कक्षाओं में भाग लेने के लिए न्यूरोकास्टर तकनीक का उपयोग करने से इनकार करने के कारण उसे स्कूल में भी परेशानी हो रही है।

एक दिन, संवेदनशील रोबोट कॉस्मो मिशेल को खोजता है। वह केवल इशारों और पूर्व-रिकॉर्ड किए गए शब्दों के सीमित सेट का उपयोग करके संवाद करने में सक्षम है, लेकिन उसे यह समझाने में सफल होता है कि वह उसके मृतक छोटे भाई क्रिस्टोफर द्वारा नियंत्रित है, जो एक विलक्षण बालक था। मिशेल और कॉस्मो उसे खोजने के लिए एक डायस्टोपियन परिदृश्य में निकल पड़ते हैं।

रास्ते में, वे कीट्स से मिलते हैं, जो एक जटिल अतीत वाला एक अनुभवी है, और हरमन, एक संवेदनशील रोबोट जो कई रूप धारण करने में सक्षम है। साथ में, वे मिस्टर पीनट के नेतृत्व में बहिष्करण क्षेत्र में रोबोटों के एक समूह से मिलते हैं।

वहाँ, वे डॉ. एमहर्स्ट से मिलते हैं जो बताते हैं कि सेंट्रे ने दुर्घटना के बाद क्रिस्टोफर को एक स्थायी वनस्पति अवस्था में पाया और पाया कि वे क्रिस्टोफर की असाधारण बुद्धि का दोहन करके और उसकी चेतना को न्यूरोकास्टर में एकीकृत करके न्यूरोकास्टर तकनीक बना सकते हैं; यह तकनीक रोबोट के खिलाफ युद्ध के दौरान मनुष्यों को लाभ देने में सहायक थी।

हालांकि, तेरह महीने बाद क्रिस्टोफर अप्रत्याशित रूप से कोमा से बाहर आ गया, एक पश्चातापी एमहर्स्ट ने उसके दिमाग को भागने का रास्ता बनाया। कर्नल ब्रैडबरी की कमान में सेंट्रे ड्रोन हमला करते हैं, क्रिस्टोफर को फिर से पकड़ते हैं, एमहर्स्ट को मारते हैं और रोबोट के घर को नष्ट कर देते हैं।

अपने भाई को बचाने के लिए दृढ़ संकल्पित, मिशेल कीट्स और हरमन की मदद से सेंट्रे के मुख्यालय में घुसपैठ करती है, जबकि अन्य रोबोट स्केट की ड्रोन सेना के साथ युद्ध करते हैं। स्केट के अमानवीय कार्यों से निराश, ब्रैडबरी दलबदल करता है और स्केट का सामना करने के लिए पीनट की मदद करता है, जबकि मिशेल क्रिस्टोफर को कोमाटोज अवस्था में पाती है, उसकी चेतना न्यूरोकास्टर सिस्टम के भीतर फंसी हुई है।

आभासी क्षेत्र के भीतर एक पुनर्मिलन में, क्रिस्टोफर अपने शोषित अस्तित्व से मुक्त होने की इच्छा व्यक्त करता है। उसकी इच्छाओं का सम्मान करते हुए, मिशेल उसे डिस्कनेक्ट कर देती है, जिसके परिणामस्वरूप उसका भौतिक शरीर मर जाता है। युद्ध के दौरान, कीट्स लगभग हरमन को खो देता है जब उसका बड़ा रोबोट रूप एक ड्रोन रोबोट द्वारा नष्ट कर दिया जाता है। हालांकि, मलबे से हरमन का एक छोटा संस्करण निकलता है।

क्रिस्टोफर की मृत्यु से सेंट्रे के ड्रोन संचालन बंद हो जाते हैं, स्केट का नियंत्रण खत्म हो जाता है और न्यूरोकास्टर तकनीक का शोषण समाप्त हो जाता है। इसके बाद, स्केट को गिरफ़्तार कर लिया जाता है, और दुनिया युद्ध और कॉर्पोरेट लालच से हुई तबाही से उबरने लगती है। मिशेल फिर दुनिया को बताती है कि न्यूरोकास्टर तकनीक ने लोगों के जीवन को कैसे प्रभावित किया है और जो लोग शांति से रहना चाहते हैं, उन्हें बहिष्कृत क्षेत्र में आमंत्रित करती है।

कॉस्मो के शरीर को कबाड़खाने में फेंक दिया जाता है, लेकिन उसे ऊपर उठते हुए दिखाया जाता है, जिससे पता चलता है कि क्रिस्टोफर की चेतना का एक हिस्सा अभी भी रोबोट के भीतर मौजूद हो सकता है।