Lucy (Scarlett Johansson) - młoda studentka mieszkająca na Tajwanie, zostaje namówiona przez swojego chłopaka do dostarczenia ważnej teczki pewnemu biznesmenowi. Zanim dziewczyna zorientuje się, w co została wplątana, stanie się zakładniczką bezwzględnego Pana Janga (Choi Min Sik), na którego rozkaz do jej organizmu zostanie wszyta paczka z substancją, przypominającą narkotyk. Przypadkowo substancja przenika do organizmu Lucy. Pod jej wpływem ciało dziewczyny zaczyna ulegać transformacjom. Największe zmiany zachodzą w mózgu, którego potencjał zostaje uwolniony i osiąga zdumiewające możliwości. Rozwijają się u niej też cechy nadludzkie - telepatia, telekineza oraz niewyobrażalna kontrola nad materią. Dziewczyna stara się dotrzeć do Profesora Samuela Normana (Morgan Freeman), wybitnego specjalisty z dziedziny badań nad ludzkim mózgiem. Tylko on może pomóc jej zrozumieć, dokąd zmierza ten szaleńczy pęd ku niczym nieskrępowanym możliwościom.