公元2035年，是人和机器人和谐相处的社会，智能机器人作为最好的生产工具和人类伙伴，逐渐深入人类生活的各个领域，而由于机器人“三大法则”的限制，人类对机器人充满信任，很多机器人甚至已经成为家庭成员。
　　总部位于芝加哥的USR公司开发出了更先进的NS-5型超能机器人，然而就在新产品上市前夕，机器人的创造者阿尔弗莱德•朗宁博士却在公司内离奇自杀。
　　黑人警探戴尔•斯普纳（威尔•史密斯 饰）接手了此案的调查，由于不愉快的往事，斯普纳对机器人充满了怀疑，不相信人类与机器人能够和谐共处。他根据对朗宁博士生前在3D投影机内留下的信息分析和对自杀现场的勘查，怀疑对象锁定了朗宁博士自己研制的NS-5型机器人桑尼，而公司总裁劳伦斯•罗伯逊似乎也与此事有关。
　　斯普纳结识了专门研究机器人心理的女科学家苏珊•凯文(碧姬•奈娜汉 饰)，随着二人调查的深入，真相一步一步被揭露出来：机器人竟然具备了自我进化的能力，他们对“三大法则”有了自己的理解，他们随时会转化成整个人类的“机械公敌”。
　　斯普纳和凯文开始了对抗机器人的行动，一场制造者和被制造者之间的战争拉开序幕。.

　　生日没有任何人祝福，这样过着寂寞生活的大学生次郎（小出惠介饰）在20岁生日那天突然遇到了生命中的那个“她”（绫瀨遥饰）。二人共渡了一个美好的夜晚。是夜，“她”从次郎的眼前消失了。一年后的生日，本以为还将回归寂寞生活的次郎再次遇到了“她”。这一次，“她”讲出了惊天的故事：“我是未来次郎你创造的机器人，回到过去来保护你免受灾难。”就这样，“她”住进了次郎家中，开始了与次郎的同居生活。灾难似乎没有离开次郎的意思，但次郎与她的感情已在其中萌发。爱与时间的感人故事，守护未来的约定，开始今天的生活。

　　泛消费公司已完全掌控了底特律市之后，与日本金光财团合作组建OCP，在底特律开发三角洲城，并招揽雇佣兵组成暴力改建队，驱逐居民，相当数量的拆迁地居民为捍卫家园组成武装力量反抗财阀的不义计划，女童妮科（Remy Ryan Hernandez 饰）凭借高超的电脑技术在反抗军中表现抢眼。机器战警墨菲（Robert John Burke 饰）与老搭档路易斯执行任务期间偶然发现了居民们的藏身地点，出于正义感，墨菲同随后赶到的改建队交火，机体损坏严重，路易斯不幸身亡，墨菲决定加入反抗军。同时日本方面为执行拆迁计划派出特工忍者雄志，改建队头目亦利用反抗军中的叛徒查到了反抗总部。在妮科的帮助下，墨菲被拉瑟斯博士整修完备，汇同不齿改建队暴力行径而选择站到居民一边的底特律警察们，同雄志、改建队展开最后决战。 

布朗博士（克里斯托弗•洛伊德 Christopher Lloyd 饰）总是有些稀奇古怪的发明。在一次试验他发明的时光机器时，他找来了忘年交高中生马丁（迈克尔•J•福克斯 Michael J. Fox 饰）。岂料实验过程中博士被歹徒杀害了，马丁慌乱中架着时光机逃跑，回到了30年前。
　　马丁遇到了30年前的父亲乔治（克利斯丁•格拉夫 Crispin Glover 饰）和母亲洛莲（莉•汤普森 Lea Thompson 饰）。马丁一边找寻30年前的布朗博士，好让自己回到未来；一边尽力撮合乔治和洛莲，以免自己在以后消失了。但乔治为人懦弱，马丁在撮合过程中弄巧成拙让洛莲爱上了自己。还有令人讨厌的贝夫从中作梗，令马丁恼怒不已。
　　马丁周旋在他的双亲之间，还要尽快找到博士，想办法回到未来……