近未来のアメリカ・ロサンゼルス。顧客の想いを代筆することを仕事にしているセオドア（ホアキン・フェニックス）は、妻キャサリン（ルーニー・マーラ）に去られ失意の日々を過ごしていた。見かねた友人のエイミー（エイミー・アダムス）が彼に女性を紹介しようとしても、断る始末だった。そんな中、人工知能型OS“サマンサ”（声：スカーレット・ヨハンソン）に興味を持つセオドア。サマンサは実態を持たないものの、話してみると驚くほど個性的で人間味に溢れていた。以来サマンサに魅了され、相談事や寝る前のささやかなやりとりをし、携帯電話に移して外出するなど、彼女と会話するひとときがかけがえのないものになる。サマンサにとってもセオドアを通して見る外の世界は驚きに満ちていた。やがて二人の間に恋が芽生えるが……。