Filmen handler om en menneskelig robot, der er programmeret til at elske. Han er skabt af en videnskabsmand ved navn Henry Swinton (Sam Robards), efter hans rigtige søn, Martin, dør. Robotten, der hedder David (Haley Joel Osment), bliver oprindeligt afvist af Henrys kone, Monica (Frances O'Connor), men vokser til sidst til at elske ham.
Da David vokser op, begynder han at opleve menneskelige følelser og længes efter en familie. Han forelsker sig til sidst i en menneskepige ved navn Gigolo Joe (Jude Law), men deres forhold er forbudt. David bliver til sidst forladt af Henry og overladt til sig selv. Han tager på en rejse for at finde en måde at blive menneske på.
Filmen er en rørende og tankevækkende udforskning af, hvad det vil sige at være menneske. Det rejser spørgsmål om kærlighedens natur, bevidsthed og muligheden for kunstig intelligens.