《人工智能》故事围绕小男孩大卫展开，他是一个被科学家创造出来的具有情感的机器人小孩。在人类社会中，大卫被一对夫妇亨利和莫妮卡收养。莫妮卡的亲生儿子马丁患了绝症被冷冻起来，她在情感上把大卫当成了替代品。然而马丁病愈回家后，对大卫充满敌意，不断设计陷害他。一次意外后，莫妮卡对大卫的感情产生动摇，最终狠心将他抛弃。被抛弃的大卫一心想要变成真正的小孩，重新获得妈妈的爱，他和机器人乔踏上了寻找蓝仙女的旅程，希望蓝仙女能把他变成真正的孩子。在经历了一系列奇幻又残酷的冒险后，大卫在海底沉睡着，两千年后，新人类出现，他们将大卫唤醒并满足了他见到妈妈一天的愿望。