Filmen handler om en menneskelig robot som er programmert til å elske. Han er skapt av en vitenskapsmann ved navn Henry Swinton (Sam Robards) etter at hans virkelige sønn, Martin, dør. Roboten, som heter David (Haley Joel Osment), blir opprinnelig avvist av Henrys kone, Monica (Frances O'Connor), men blir etter hvert glad i ham.
Når David vokser opp, begynner han å oppleve menneskelige følelser og lengter etter en familie. Han blir til slutt forelsket i en menneskelig jente som heter Gigolo Joe (Jude Law), men forholdet deres er forbudt. David blir til slutt forlatt av Henry og overlatt til seg selv. Han drar på en reise for å finne en måte å bli menneske på.
Filmen er en rørende og tankevekkende utforskning av hva det vil si å være menneske. Det reiser spørsmål om kjærlighetens natur, bevissthet og muligheten for kunstig intelligens.