Filmen handlar om en humanoid robot som är programmerad att älska. Han skapas av en vetenskapsman som heter Henry Swinton (Sam Robards) efter att hans riktiga son, Martin, dött. Roboten, som heter David (Haley Joel Osment), blir först avvisad av Henrys fru, Monica (Frances O'Connor), men växer så småningom till att älska honom.
När David växer upp börjar han uppleva mänskliga känslor och längtar efter en familj. Han blir så småningom kär i en mänsklig tjej som heter Gigolo Joe (Jude Law), men deras förhållande är förbjudet. David blir så småningom övergiven av Henry och lämnas att klara sig själv. Han går på en resa för att hitta ett sätt att bli människa.
Filmen är en rörande och tankeväckande utforskning av vad det innebär att vara människa. Det väcker frågor om kärlekens natur, medvetande och möjligheten till artificiell intelligens.