Caleb (Domhnall Gleeson), um jovem programador de computadores, ganha um concurso na empresa onde trabalha para passar uma semana na casa de Nathan Bateman (Oscar Isaac), o brilhante e recluso presidente da companhia. Após sua chegada, Caleb percebe que foi o escolhido para participar de um teste com a última criação de Nathan: Ava (Alicia Vikander), uma robô com inteligência artificial. Mas essa criatura se apresenta sofisticada e sedutora de uma forma que ninguém poderia prever, complicando a situação ao ponto que Caleb não sabe mais em quem confiar.