Sijoitettuna salaperäiseen ja eksoottiseen maailmaan, joka luo yhä vahvan taian, tarina alkaa ennen II maailmansotaa, kun japanilaislapsi riistetään köyhältä perheeltä palvelijaksi geishataloon. Huolimatta petollisesta kilpailijasta, joka lähes murtaa tytön tahdon, tästä tulee legendaarinen geisha Sayuri. Kauniina ja taitavana Sayuri valloittaa aikansa mahtimiehiä, mutta häntä piinaa salainen rakkaus ainoaan mieheen, jota hän ei voi saada…
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.
Elokuva sijoittuu Los Angelesin laitamille, jossa nuket ja ihmiset elävät rinta rinnan. Kaksi erimielistä etsivää, toinen ihminen, toinen nukke, joutuvat työskentelemään yhdessä selvittääkseen kuka murhaa julmasti suositun ”The Happytime Gang” -nukkeshow’n entisiä tähtiä.