Als erfolgreicher Webentwickler gewinnt Caleb ein firmeninternes Preisausschreiben und wird in das abgeschiedene Privatanwesen des Firmenchefs Nathan eingeladen. Dort wird er jedoch als Testperson eines wissenschaftlichen Experiments missbraucht, indem er einen erweiterten Turing-Test bei der Roboter-Frau Ava durchführen soll. Während er die künstliche Intelligenz untersucht, beginnt sein Zweifeln am eigenen Dasein und die Grenzen von Mensch und Maschine verschwimmen zunehmend.