La película cuenta la historia de Lucy, quien entrega un maletín a pedido de un amigo pero es secuestrada. Sus captores le inyectan una droga experimental que aumenta su capacidad cerebral, otorgándole habilidades sobrehumanas. Lucy usa sus nuevos poderes para escapar, obtener información y recuperar el resto de la droga. Al alcanzar el 100% de su capacidad cerebral, logra viajar en el tiempo para conocer a la primera mujer de la historia.