Yapay Zeka'te, su altında kalmış bir gelecekte David adlı robot çocuk, gerçek bir aileye veriliyor. Ailenin hasta olan oğlu Martin'in yerine eve gelen David, Monica ve Henry ile yaşamaya başlıyor, kısa sürede evin düzenine uyum sağlamaya çalışıyor. Haley Joel Osment'in oynadığı David, sevgiye tutunup annesi Monica'ya bağlanıyor. Jude Law'un oynadığı Gigolo Joe ise David'in yolunda karşısına çıkan, farklı bir çevrede yaşayan bir yapay insan olarak öne çıkıyor. Ancak Martin iyileşip eve dönünce David'in yeri sarsılıyor. Monica onu dışlamaya başlayınca David, kendi yerini korumak ve gerçekten sevilmek için evden uzaklaşıp cevap arıyor. Yol boyunca şehirler, insanlar ve tehlikeler arasında dolaşıyor, kaybolduğu yerde annesine yeniden kavuşmanın peşine düşüyor.