Caleb Smith (Domhnall Gleeson), programador de una gran empresa de internet, gana un concurso que le permite pasar una semana en la residencia privada de Nathan Bateman (Oscar Isaac), el brillante director ejecutivo de su empresa. Al llegar, Caleb descubre que ha sido elegido para ser el componente humano en una prueba de Turing para determinar las capacidades y la consciencia de Ava (Alicia Vikander), una hermosa robot. Sin embargo, pronto se hace evidente que Ava es mucho más consciente y engañosa de lo que ambos imaginaban.