《人工智能》的故事发生在未来世界，地球气候变暖，南北极冰川融化，许多城市被淹没。此时人类科技高度发达，制造出了会思考、有情感的机器人。小男孩大卫是第一个被制造出来拥有爱的能力的机器人小孩，他被莫妮卡和亨利夫妇领回家，替代因患绝症陷入昏迷的儿子马丁。起初，大卫努力融入这个家庭，莫妮卡也逐渐对他产生了母爱。然而马丁苏醒回家后，大卫的生活发生了变化，马丁不断捉弄他，导致大卫在家庭中的处境愈发艰难。后来大卫被莫妮卡抛弃在野外，他和机器人乔一起踏上寻找蓝仙女的旅程，希望能变成真正的男孩，重新获得妈妈的爱。在经历了一系列冒险与磨难后，大卫最终在两千年后被外星人唤醒，他实现了变成真正男孩与妈妈相聚一天的愿望。