Przyszłość, Chicago rok 2035. Dzięki niebywałemu rozwojowi techniki najlepszym przyjacielem człowieka jest robot. Maszyny potrafią gotować obiady i sprzątać, kierują samolotami, a nawet opiekują się dziećmi. Są niegroźne, ponieważ zaprogramowano im zakaz krzywdzenia istot ludzkich. Detektyw Del Spooner (Will Smith) jest człowiekiem sceptycznie podchodzącym do nowinek elektronicznych. Jednak postęp techniczny jest nieodłącznym elementem życia człowieka. Teraz, zamiast psa, najlepszym stróżem i przyjacielem człowieka jest robot. Pewnego dnia w niewyjaśnionych okolicznościach ginie profesor Alfred Lanning (James Cromwell), projektant nowej serii robotów i twórca praw robotyki, które mówią, że:

Robot nie skrzywdzi człowieka ani nie pozwoli, by człowieka skrzywdzono,
Robot ma wykonywać rozkazy człowieka, chyba że rozkazy te są sprzeczne z Prawem Numer Jeden,
Robot musi bronić własnej egzystencji, chyba że będzie to sprzeczne z Prawem Numer Jeden lub Numer Dwa.
Naukowiec wypada z okna drapacza chmur. Detektyw podejrzewa, że morderstwa dokonał robot. Byłoby to swoistą rewelacją, ponieważ po raz pierwszy zostałoby złamane prawo robotyki. Szefowie korporacji produkującej roboty próbują zatuszować sprawę. Spooner wraz z pomocą doktor Susan Calvin (Bridget Moynahan) i Sonnyego (Alan Tudyk) próbuje rozwikłać zagadkę. Jeśli nowoczesne maszyny rzeczywiście wymknęły się spod kontroli, gatunkowi ludzkiemu grozi zagłada.