公元2035年，智能型机器人已被人类广泛利用。作为最好的生产工具和人类伙伴，机器人在各个领域扮演着日益重要的角色，而由于众所周知的机器人“三大安全法则”的限制，人类对这些能够胜任各种工作且毫无怨言的伙伴充满信任，它们中的很多甚至已经成为了一个家庭的组成成员。
总部位于芝加哥的r公司开发出更先进的ns－5型超能机器人，并计划达到平均每5人便可拥有1个。
然而就在新产品上市前夕，机器人的创造者阿尔弗莱德?兰尼博士却在公司内离奇死亡。
留恋以往简单生活，爱听老歌，喜欢老式打扮的黑人警探德尔?斯普纳接受了此案的调查工作。
他根据对兰尼博士生前在3d投影机内留下的信息分析和对自杀现场的勘查，怀疑这起案件并非人类所为，而公司总裁劳伦斯?罗伯森似乎也与此事有关。
调查过程中他遇到了专门从事机器人心理研究的科学家苏珊?凯文博士，希望在她的帮助下找到答案。
向来崇尚逻辑与科学的苏珊坚信，机器人不仅会最大限度地帮助人类进步，而且决不会违背“三大安全法则”对人类有所伤害。
过去的经历令史普纳对机器人深感厌恶，对于机器人安全性的怀疑与苏珊的坚定南辕北辙。
斯普纳发现了一个名叫sonny桑尼）的机器人极有可能就是奉命杀害兰尼博士的“凶手”。
在追捕中他发现桑尼不仅具有自我思考能力，而且拥有酷似人类的情感。讯问中桑尼告诉斯普纳，他并没有杀害兰尼博士，而是在帮助他做一件事情。
劳伦斯以只有人杀人才能定罪，机器人杀人只能认定为“工业意外”为由将桑尼带回公司。这给调查带来了极大的困难，却更坚定了斯普纳追查到底的决心。
斯普纳继续追踪一切与兰尼博士有关的资料。深入的调查使他遭到大批ns－5型机器人的追杀，显然是有人想致史普纳于死地。
苏珊来到斯普纳家中，告知在对桑尼的检查中发现，他不仅是完全超越了旧型号的新一代机器人，而且可以不受“三大安全法则”的限制做任何事情。
苏珊无意中惊讶地发现，斯普纳原来是一个利用高科技修复合成的人。斯普纳向苏珊讲述了他几年前经历的一场严重车祸。
前来救助的机器人以存活率为依据，放弃了一个12岁女孩的生命，这就是他对机器人冷酷无情、深感厌恶的原因。
劳伦斯承认他知道确实存在着能够超越三大安全法则的机器人，而自己也在尽力挽回这个由兰尼博士犯下的错误，并要求苏珊尽快将桑尼销毁。
桑尼将自己的梦画在纸上交给了斯普纳，希望这个被兰尼博士