No ano 2035, os robots estão programados para viverem em harmonia com os humanos e fazerem parte do seu dia a dia. Quando um brilhante cientistca da U. S. Robotics Corporation aparece morto, o detective de Chicago, Del Spooner (Will Smith) é chamado para a investigação do crime. Auxiliado por uma psicóloga de robots, a Dra. Susan Calvin (Bridget Moynahan), o detective Spooner descobre que o principal suspeito do caso poderá ser um robot. Mas quando Spooner se aproxima da verdade, ele vê-se apanhado numa corrida pela própria vida. Com o tempo a escassear, uma ainda maior ameaça, que desafiará toda a existência humana começa a emergir.

Baseado na série americana Mystery Science Theater 3000 ou MST3K, que completou mais de 20 anos deste seu lançamento.

Número 5 é um dos robôs experimentais construídos pelo exército americano, com o objetivo de serem usados na guerra. Após ser atingido por um raio ele ganha vida própria, sem que alguém perceba. O medo de ser reprogramado faz com que deixe a fábrica onde está alojado, para desespero de seus criadores Newton Crosby (Steve Guttenberg) e Ben Jabituya (Fisher Stevens). Em plena fuga, Número 5 encontra abrigo na casa de Stephanie Speck (Ally Sheedy), uma jovem que mora sozinha e, a princípio, acredita que ele veio do espaço. É com ela que o robô aprende bastante sobre a cultura humana, através de livros e da TV. Só que o exército, decidido a recuperá-lo a todo custo, está procurando-o em toda parte.

Em 2079, a Terra está em guerra com uma raça alienígena há uma década. É neste contexto que vive Spencer John Olham (Gary Sinise), um dos mais prominentes cientistas do governo cujo mais recente trabalho promete salvar o planeta. Entretanto, repentinamente Spencer passa a ser acusado de ser um espião alien infiltrado, sendo portanto alvo de uma caçada humana impiedosa. Agora Spencer precisa provar sua verdadeira identidade a tempo de poder ajudar a humanidade com seu novo trabalho.

Nova York, final dos anos 1930. A repórter Polly Perkins (Gwyneth Paltrow) descobre que os cientistas mais famosos do mundo estão desaparecendo. Após a cidade ser atacada por imensos robôs voadores, ela resolve pedir ajuda ao piloto e aventureiro ­ e seu antigo namorado ­ Joseph "Capitão Sky" Sullivan (Jude Law) e Dex (Giovanni Ribisi), o fiel ajudante dele. A missão principal do grupo é localizar o megalomaníaco doutor Totenkopf (Laurence Olivier), que está escondido em algum lugar do Nepal e planeja destruir o mundo.