Theodore Twombly verdient zijn geld met het schrijven van persoonlijke en liefdevolle brieven in opdracht van andere mensen. Nog vol liefdesverdriet, raakt hij geïntrigeerd door een nieuw, geavanceerd computersysteem. Hij activeert het systeem en ontmoet Samantha, een vrouwelijke stem met een verrassend menselijk gevoel voor humor en empathie. Hun vriendschap verdiept zich steeds meer door alle input en ervaringen die Theodore en Samantha met elkaar delen.