Wanneer de studente Lucy (Scarlett Johansson) in het buitenland per ongeluk betrokken raakt bij een gevaarlijke drugsdeal, ontdekt ze dat er geen grenzen zijn aan haar intellectuele ontwikkeling en dat ze in staat is om steeds meer van haar hersencapaciteit te benutten. Ze verwerft daarbij ongelimiteerde krachten die haar veranderen in een genadeloos wapen.