Studentka Lucy (Scarlett Johansson) mieszka na Tajwanie. Dziewczyna przez przypadek zostaje zakładniczką bezwzględnego handlarza narkotyków. W jej brzuchu zaszyta zostaje paczka z niebieskim proszkiem. Kiedy worek pęka, zawartość - groźny narkotyk - przedostaje się do organizmu. Wówczas ciało i umysł dziewczyny zaczynają podlegać gwałtownym przemianom. Pod wpływem tej substancji Lucy intensywniej odczuwa powietrze, wibracje, ludzi czy grawitację. Uczy się błyskawicznie, zdobywa kontrolę nad materią. Jej mózg wciąż zdobywa coraz to nowe możliwości. Dziewczyna prosi o pomoc profesora Samuela Normana (Morgan Freeman), który jest specjalistą w dziedzinie badań nad ludzkim mózgiem. Podczas niebezpiecznej podroży towarzyszy jej policjant, Pierre Del Rio (Amr Waked).