O Dr. Will Caster (Johnny Depp) é o mais notável pesquisador no campo da Inteligência Artificial. Ele trabalha no projeto de criação de uma máquina consciente, capaz de combinar a inteligência coletiva de tudo o que existe com todas as possibilidades de emoções humanas. Os experimentos altamente controversos trouxeram fama ao cientista, mas também o transformaram no alvo principal dos extremistas antitecnologia, que farão o que for necessário para destruí-lo. Contudo, na tentativa de calá-lo, os extremistas acabaram, inadvertidamente, sendo os catalisadores do maior sucesso do Dr. Will Caster: ter sua mente transferida para o protótipo de um supercomputador e ser, assim, um participante de sua própria "transcendência". Para a esposa do cientista, Evelyn (Rebecca Hall), e seu melhor amigo Max Waters (Paul Bettany), ambos pesquisadores, a questão não é se eles podem... mas se eles devem seguir em frente com a experiência. O maior temor da dupla é perceber que a infinita sede de conhecimento de Will pode evoluir para uma sede de poder semelhante, cujo desfecho parece imprevisível. No entanto, o que parece terrivelmente claro para os cientistas é que talvez não exista mais como pará-lo.