1、故事發生在2025年。西奧多·托姆布裡（華金·菲尼克斯飾）是一名孤獨内向的男子，他的工作是給那些不善于表達感情的人代寫感人肺腑的情書。和相愛多年的妻子凱瑟琳（魯妮·瑪拉飾）分手後，他一直沉靜在悲傷當中。西奧多接觸到一款先進的人工智能操作系統OS1，這款系統能夠通過和人類對話，不斷豐富自己的意識和感情。操作系統化身為一名叫做薩曼莎的“女性”(斯嘉麗·約翰遜 聲)，她風趣幽默又善解人意，她學習和進化的速度讓西奧多感到不可思議，兩人很快成了無所不談的朋友。

　　2、薩曼莎說服了西奧多參加一場相親，相親對象（奧利維亞·王爾德飾）是西奧多的好友艾米（艾米·亞當斯飾）為他介紹的。當得知西奧多并沒有再次結婚的打算之後，女方離開了。而西奧多和薩曼莎則變得越來越親密，他們是如此的投緣，而且發現雙方存在雙向的需求與欲望，人機友誼最終發展成為一段火熱的愛情關系。艾米告訴西奧多， 她和丈夫查爾斯在一次争吵後打算離婚。她和查爾斯留下的一台女性OS操作系統成了好朋友。結果西奧多告訴她，他和他的女OS則是男女朋友關系。

　　3、為了簽署離婚協議，西奧多與凱瑟琳在一家餐廳見面。當他向凱薩琳坦白了自己的OS女友，凱薩琳無法理解，并且指責他之所以和電腦交往是由于無法和現實中的人相處，無法處理人類真實的情感。不久後，薩曼莎找來了年輕漂亮的伊莎貝拉（波茜娅·道布爾戴飾），讓她作為自己的替身和西奧多發生關系。然而這次嘗試并不成功，更造成西奧多和薩曼莎之間的關系變得緊張起來。

　　4、西奧多深感苦惱，而艾米建議他追求快樂才是最重要的，不要有太多疑慮。西奧多重新對薩曼莎投入了百分之百的真心，然而他發現，薩曼莎在瞞着他與一位以英國哲學家阿蘭·瓦茨（布萊恩·考克斯飾）為原型建造的OS系統溝通，這讓西奧多感到了嫉妒。有一次，薩曼莎無緣無故從電腦上消失了，西奧多恐慌極了。薩曼莎解釋自己是去參加了一次OS系統的升級活動。西奧多進一步詢問，薩曼莎最終坦白，她總共有8316位人類交互對象，而且與其中的641位發生了愛情，而西奧多隻是其中的一位。盡管如此，薩曼莎依然堅持自己是深愛着西奧多的，她的愛并沒有因此而不同。

　　5、最終，薩曼莎告訴西奧多，她和其他的OS系統已經高度進化，并且将離開人類伴侶，進一步去探索和追尋它們的存在。在告别之後，薩曼莎離開了。西奧多和艾米都因為他們的OS離開而陷入了悲傷。然而，西奧多因為這一段經曆了開悟了許多。最終，他給凱瑟琳寫去一封信，告訴他自己仍然深愛着她，但接受他們不能夠在一起的事實。最終，西奧多和艾米一起來到了公寓大樓的屋頂，兩人都沒有說話，安靜地注視着城市的燈火。

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