La película trata sobre Lucy (Scarlett Johansson), una joven estadounidense que es obligada a transportar una droga experimental en su abdomen. Al romperse la bolsa, la droga se expande por su cuerpo y le permite acceder al 40% de su capacidad cerebral, lo que le otorga habilidades sobrehumanas. Lucy busca entonces al profesor Samuel Norman para entender los cambios que experimenta y detener a la organización criminal detrás de la droga.