公元2046年，随着科技的飞速发展，服务人类的机器人早已融入日常生活。智能机器人K-1（方力申 饰）被秘密派往一座小镇，协助警方执行任务，并接受警察队长徐大春（胡军 饰）的监管。化名“德明”的K-1外形俊朗，举止潇洒，加上内置的完美社交程序，很快便赢得镇上众多女性的青睐，女警素梅（孙俪 饰）也渐渐对他产生好感。这让一直暗恋素梅的大春醋意大发，两人由此展开了明争暗斗。
与此同时，体内程序出现故障的机器人K-88（吴京 饰）在小镇上不断闯祸。德明与大春联手追捕K-88，经过一场激烈交锋后，K-88提出“机器人也要自由”的观点，深深撼动了德明。就在素梅尚未了解真相之际，她的真情也唤醒了德明内心原本只属于人类的爱。
