Vuosi 2029 - naiskyborgi ja valtion agentti, majuri Motoko Kusanagi ja Sisäisen Tutkinnan Virasto ovat päässeet mystisen tietokoneviruksen, "Nukkemestarin" jäljille. Erityisen uhkaavan viruksesta tekee se, että se on kykenevä imeytymään ihmiseen ja käyttämään häntä isäntänään! Yhdessä osasto 9:n kollegojen kanssa Motoko aloittaa huipputeknologisen kilpajuoksun aikaa vastaan, tavoitteenaan vangita tämä kaikkialla läsnäoleva entiteetti.
Lukio-opiskelija David Lightman on taitava hakkeri. Yrittäessään murtautua alvelimelle, jossa voi pelata uusia vielä julkaisemattomia pelejä, hän päätyykin puolustusministeriön operaatiokoneelle ja aloittaa globaalin selkkauksen. Tyttöystävänsä sekä neron tietokonevelhon kanssa David kilpailee aikaa vastaan estääkseen ydinsodan.
Tulevaisuuden maailmassa, jossa kasvihuoneilmiö jyllää valtoimenaan ja tieteen kehitys on päätähuimaava, ihmiset jakavat kaikki elämänalueensa älykkäiden seuralaisrobottien, Mechojen, kanssa. Mutta kun huippuunsa kehiteltyä prototyyppiä edustava robottilapsi Davis ohjelmoidaan osoittamaan varauksetonta rakkautta, sen ihmisperhe ei ole valmis kestämään seurauksia. Yhtäkkiä David on yksin oudossa, vaarallisessa maailmassa. Ystävystyttyään erääseen Mechaan, joka on kaiken kokenut konkari, David lähtee ihmeelliselle matkalle selvittämään oman olemuksensa syvimpiä saloja.
Tietokonegurut Fuller ja Hall luovat virtuaalisen Los Angelesin huippusalaisessa projektissaan. Kun projektin johtaja Fuller murhataan, Hallista tulee poliisin pääepäilty. Hall itse ei muista tapahtumista mitään. Murhaajan löytämiseksi Hallin on rikottava todellisuuden ja fiktion raja astumalla virtuaalimaailmaan...oman henkensä uhalla.
I, Robot sijoittuu tulevaisuuteen vuoteen 2035, jolloin robotit ovat aivan yleisiä ihmisten apureita ja työntekijöitä. Kaikki luottavat niihin täysin. Robofobiasta kärsivä chicagolainen poliisi nimeltä Del Spooner tutkii U.S. Roboticsin palveluksessa olleen tri Alfred Lanninging kuolemaa. Tutkimuksissa Spooneria auttaa psykologi Susan Calvin, joka on erikoistunut robottien psyykeen, sillä robotti nimeltä Sonny näyttää vahvasti sekaantuneen verityöhön. Jos se pitää paikkansa, se tarkoittaa, että robotti on rikkonut yhtä robotiikan kolmesta laista, vaikka sen pitäisi olla ehdottoman mahdotonta. Mahdotonta siksi, että jos robotit pystyvät rikkomaan niitä kolmea lakia, mikään ei enää estä niitä valloittamasta maailmaa. Vai ovatko ne... jo tehneet sen?
On vuosi 2049. Robottitutkija George Almore rakentaa salaisessa tutkimuslaitoksessa ihmisenkaltaista androidia. Viimeisin prototyyppi, J3, on lähestulkoon valmis. Kukin prototyypeistä on versio Georgen vaimosta Julesista, joka kuoli auto-onnettomuudessa. George aikoo rakentaa täydellisen kopion Julesista. J-prototyyppien avulla George tutustuu vaimonsa piirteisiin läheisemmin kuin tämän yhä eläessä. Kehitysaste vaikuttaa siihen, millainen suhde prototyypeille ja Georgelle muodostuu. Jules on läsnä Georgen elämässä myös uudenlaisen elämää ylläpitävän teknologian, Arkiston, välityksellä. Kun Arkiston järjestelmä on vaarassa pettää, J3 pitää saada valmiiksi pikaisesti. Työn loppusuoralla ulkopuoliset voimat uhkaavat lopettaa tutkimuksen. Samaan aikaan J3-prototyyppi tuhoaa laitoksessa vallinneen hauraan perhedynamiikan.