Het is 2049. George Almore, een robotontwikkelaar, staat op het punt van een doorbraak. Op een geheime basis werkt hij aan een robot die nauwelijks te onderscheiden is van een mens. Zijn laatste prototype, genaamd J3, is bijna af. Door zijn twee eerdere prototypes, J1 en J2, kon hij deze nieuwe versie ontwikkelen. Elk prototype is een steeds geavanceerdere versie van zijn vrouw, Jules, die omkwam bij een zwaar auto-ongeluk. Gedreven door de liefde voor Jules heeft George een nieuw doel: het ontwikkelen van robots met als doel Jules terug te brengen. Door de verschillende J-prototypes ontdekt George kenmerken van zijn vrouw die hij niet kende toen ze nog leefde. Elk prototype ontwikkelt haar eigen liefde en relatie met George. Tegelijkertijd is Jules nog altijd aanwezig in Georges leven via een nieuwe vorm van levensverlengingstechnologie: het Archief. Maar als de Archief-eenheid stopt met werken, wordt het voor George belangrijker dan ooit om de bouw van J3 af te ronden voordat hij Jules volledig verliest. Zijn werk is bijna compleet wanneer zijn locatie dreigt ontdekt te worden, terwijl de introductie van de zeer geavanceerde J3 het traditionele gevoel van familie op het punt staat vernietigd te worden.