À 24 ans, Caleb (Domhnall Gleeson) est un des plus brillants codeurs que compte BlueBook, plus important moteur de recherche Internet au monde. À ce titre, il remporte un séjour d’une semaine dans la résidence du grand patron (Oscar Isaac) à la montagne. Mais quand Caleb arrive dans la demeure isolée, il découvre qu’il va devoir participer à une expérience troublante : interagir avec le représentant d’une nouvelle intelligence artificielle apparaissant sous les traits d’une très jolie femme robot prénommée Ava (Alicia Vikander).