1、故事發生在2025年。西奧多·托姆佈裡（華金·菲尼克斯飾）是一名孤獨內向的男子，他的工作是給那些不善於表達感情的人代寫感人肺腑的情書。和相愛多年的妻子凱瑟琳（魯妮·瑪拉飾）分手後，他一直沉靜在悲傷當中。西奧多接觸到一款先進的人工智能操作系統OS1，這款系統能夠通過和人類對話，不斷豐富自己的意識和感情。操作系統化身為一名叫做薩曼莎的“女性”(斯嘉麗·約翰遜聲)，她風趣幽默又善解人意，她學習和進化的速度讓西奧多感到不可思議，兩人很快成瞭無所不談的朋友。
2、薩曼莎說服瞭西奧多參加一場相親，相親對象（奧利維亞·王爾德飾）是西奧多的好友艾米（艾米·亞當斯飾）為他介紹的。當得知西奧多並沒有再次結婚的打算之後，女方離開瞭。而西奧多和薩曼莎則變得越來越親密，他們是如此的投緣，而且發現雙方存在雙向的需求與欲望，人機友誼最終發展成為一段火熱的愛情關系。艾米告訴西奧多，她和丈夫查爾斯在一次爭吵後打算離婚。她和查爾斯留下的一臺女性OS操作系統成瞭好朋友。結果西奧多告訴她，他和他的女OS則是男女朋友關系。
3、為瞭簽署離婚協議，西奧多與凱瑟琳在一傢餐廳見面。當他向凱薩琳坦白瞭自己的OS女友，凱薩琳無法理解，並且指責他之所以和電腦交往是由於無法和現實中的人相處，無法處理人類真實的情感。不久後，薩曼莎找來瞭年輕漂亮的伊莎貝拉（波茜婭·道佈爾戴飾），讓她作為自己的替身和西奧多發生關系。然而這次嘗試並不成功，更造成西奧多和薩曼莎之間的關系變得緊張起來。
4、西奧多深感苦惱，而艾米建議他追求快樂才是最重要的，不要有太多疑慮。西奧多重新對薩曼莎投入瞭百分之百的真心，然而他發現，薩曼莎在瞞著他與一位以英國哲學傢阿蘭·瓦茨（佈萊恩·考克斯飾）為原型建造的OS系統溝通，這讓西奧多感到瞭嫉妒。有一次，薩曼莎無緣無故從電腦上消失瞭，西奧多恐慌極瞭。薩曼莎解釋自己是去參加瞭一次OS系統的升級活動。西奧多進一步詢問，薩曼莎最終坦白，她總共有8316位人類交互對象，而且與其中的641位發生瞭愛情，而西奧多隻是其中的一位。盡管如此，薩曼莎依然堅持自己是深愛著西奧多的，她的愛並沒有因此而不同。
5、最終，薩曼莎告訴西奧多，她和其他的OS系統已經高度進化，並且將離開人類伴侶，進一步去探索和追尋它們的存在。在告別之後，薩曼莎離開瞭。西奧多和艾米都因為他們的OS離開而陷入瞭悲傷。然而，西奧多因為這一段經歷瞭開悟瞭許多。最終，他給凱瑟琳寫去一封信，告訴他自己仍然深愛著她，但接受他們不能夠在一起的事實。最終，西奧多和艾米一起來到瞭公寓大樓的屋頂，兩人都沒有說話，安靜地註視著城市的燈火。
