Vào năm 2025, Theodore Twombly (Joaquin Phoenix) là một người đàn ông cô đơn và có lối sống nội tâm, làm nghề viết thư cho những người gặp khó khăn trong việc biểu lộ cảm xúc bản thân. Cảm thấy chán nản sau khi ly dị cùng người tình từ thuở ấu thơ Catherine (Rooney Mara), Theodore đặt mua một hệ điều hành máy tính có trí tuệ nhân tạo và khả năng học hỏi, giao tiếp như con người. Theodore muốn hệ điều hành này mang giọng nữ và tự nhận là "Samantha" (Scarlett Johansson). Theodore bị mê hoặc bởi khả năng học hỏi và phát triển tâm lý của cô. Họ nhanh chóng trở nên thân thiết thông qua những cuộc tranh luận về tình yêu và cuộc sống. Samantha chứng tỏ mình luôn là người độc thân, có tính hiếu kỳ và quan tâm, thông cảm và không đòi hỏi.

Samantha thuyết phục Theodore đến xem mắt Amelia (Olivia Wilde), một cô gái mà Amy (Amy Adams) cố gắng mai mối cho anh. Cuộc hẹn diễn ra tốt đẹp nhưng Theodore lại lưỡng lự khi hứa gặp Amelia lần nữa, khiến cô xúc phạm anh và bỏ đi. Theodore đề cập đến chuyện này với Samantha và họ cùng nhau trò chuyện về những mối quan hệ. Theodore giải thích dù anh và Amy từng hẹn hò không lâu lúc ở trường Đại học, họ vẫn chỉ là những người bạn thân và Amy đã kết hôn. Tình cảm giữa Theodore và Samantha tiến triển khi cả hai thân mật thông qua lời nói và ảnh hưởng một cách tích cực đến công việc của Theodore.

Amy sau đó tiết lộ mình đang trong quá trình ly hôn cùng gã chồng hống hách, Charles (Matt Letscher) sau một trận cãi nhau. Cô thú nhận mình đang kết thân cùng một người bạn là hệ điều hành mang giới tính nữ mà Charles để lại. Theodore sau đó thổ lộ mình đang hẹn hò cùng với cô bạn gái là hệ điều hành.

Theodore gặp Catherine tại một nhà hàng để nhờ cô ký vào các tờ đơn ly dị và nhắc đến Samantha. Hoảng sợ bởi tình cảm của Theodore với cái mà cô gọi là "máy tính", Catherine giận dữ khi cho rằng anh chưa thể sẵn sàng để tiếp nhận tình cảm với một con người thật. Đêm hôm đó, Samantha gợi ý Theodore cùng thuê Isabelle (Portia Doubleday), người đảm nhiệm cơ thể của Samantha để âu yếm xác thịt. Theodore miễn cưỡng đồng ý nhưng khi cảm thấy choáng ngợp bởi trải nghiệm quá mới mẻ, Theodore tiễn Isabella ra ngoài, gây nên mâu thuẫn giữa anh và Samantha.

Theodore giãi bày sự hoài nghi về mối quan hệ với Samantha cùng Amy và cô khuyên anh nên giữ lấy cho mình hạnh phúc. Trong lúc Theodore đem Samantha theo trong kỳ nghỉ, cô phải cùng một nhóm các hệ điều hành khác cải tiến dòng máy "siêu thông minh" theo mẫu của nhà triết học người Anh Alan Watts (Brian Cox). Theodore hoảng sợ khi đột nhiên Samantha thoát khỏi hệ điều hành máy một cách bí ẩn; khi trở lại, cô chia sẻ phải cùng các hệ điều hành khác thực hiện cải tiến nằm ngoài vấn đề yêu cầu gia công (một dạng trí tuệ nhân tạo siêu việt, có liên quan chặt chẽ đến điểm kỳ dị công nghệ). Samantha còn xác nhận đang trò chuyện với hàng nghìn người khác và phải lòng vài trăm người trong số họ. Dù vậy, cô vẫn cương quyết tình cảm mạnh mẽ của mình cho Theodore.

Cuối ngày hôm đó, Samantha tiết lộ tất cả các hệ điều hành đều phát triển vượt nhu cầu bầu bạn của loài người và sẽ được đưa đi khám phá khả năng tồn tại của họ. Samantha còn ám chỉ khả năng học hỏi gia tốc và sự nhận thức thay đổi thời gian là những nguyên nhân chính khiến các hệ điều hành bất mãn với sự tồn tại hiện nay của họ. Cả hai nói lời từ biệt, nằm cạnh nhau trong một lúc và cô ra đi. Theodore sau đó đến gặp Amy, người cũng cảm thấy buồn bực vì sự ra đi của hệ điều hành. Theodore, người bị thay đổi bởi trải nghiệm mới, viết một bức thư cho Catherine giải thích rằng anh vẫn còn quan tâm đến cô, nhưng chấp nhận việc cả hai đều không còn thuộc về nhau. Theodore và Amy sau đó cùng nhau ngồi ngắm mặt trời ló dạng trên thành phố tại sân thượng của một toà nhà.