21世纪50年代之后，人类的科学技术已经达到了相当高的水平，人类发明了人工智能机器人用以应对恶劣的自然环境。先进的人工智能机器人不但拥有以假乱真酷似人类的外表，而且还能像人类一样感知自己的存在。11岁的大卫（海利·乔·奥斯蒙特 饰）就是生活在未来时代中一个有思想、有情感的小机器人。在他那个年代，由于全球气候的变暖，南北两极冰山开始融化，许多城市被淹没在汪洋大水中。于是人工智能机器人开始担负起拯救人类生命的重任。同时，大卫还一直渴望自己有朝一日不再仅仅是个简简单单机器人，转而成为真正的人。为了实现这个愿望，大卫与机器人乔（裘德·洛 饰）一道踏上漫长的旅途，而等待他们的却只有凶吉难料、变幻莫测的对复杂人性的探索……

　　斯坦利·库布里克早在70年代初就产生了拍摄本片的想法，他雇用短篇小说作家布莱恩·奥尔迪斯完成故事大纲。故事的最初灵感源于《木偶奇遇记》，库布里克将它称为“机器人版匹诺曹历险记”。影片引用了约翰·斯特劳斯《玫瑰骑士》的华尔兹舞曲作为背景乐，这是对斯坦利·库布里克致敬，因为库布里克就该片的音乐对导演斯皮尔伯格仅仅有一点建议，那就是施特劳斯应该出现在影片中。本片是斯皮尔伯格“逃亡三部曲”的第一部，其余的两部是《少数派报告》和《猫鼠游戏》。