Theodore (Joaquin Phoenix es un hombre solitario en las últimas etapas de su divorcio. Cuando no está trabajando como escritor de tarjetas, gasta su tiempo jugando a videojuegos y de vez en cuando en salir con los amigos.
Se decide a comprar la nueva OS1, un sistema operativo que se anuncia como el primero del mundo en integrar inteligencia artificial, 'no es sólo un sistema operativo, es una conciencia', dicen en el anuncio. Theodore rápidamente se encariña con Samantha (a la que da voz en la película Scarlett Johansson), la voz detrás de su OS1.
Theodore empieza a pasar cada vez más tiempo con OS1 casi incapaz de ver que solo es un sistema operativo, y finalmente, se enamora de el. Después de haber caído en amor con su OS, Theodoro empieza a tener sentimientos contradictorios de alegría y duda.
Al ser un sistema operativo, Samantha posee una gran inteligencia que utiliza para ayudar a Theodore de maneras en las que otros no pueden, pero ¿cómo va ella a ayudarlo a lidiar con su conflicto interior de estar enamora con un sistema operativo?
