人工知能が人間の知性を超える現象“トランセンデンス”を開発研究する科学者ウィル(ジョニー・デップ)は、ある日、反テクノロジーの過激派組織の凶弾に倒れてしまう。死の間際に、妻エヴリン(レベッカ・ホール)は彼の頭脳をスーパーコンピューターへインストール、それは自我を持った超頭脳の誕生であった。ウィルの意識はコンピューターの中で生かされ、ネットワークの力により軍事機密、金融、政治から個人情報まで地球上のすべての情報を手に入れることになる。やがて、超高速処理能力で化学反応を引き起こしながら、人類の想像を遥かに超える進化をし始めるのだった……。