在热门搜索引擎公司任职的编程员加利·史密斯（多姆纳尔·格利森 Domhnall Gleeson 饰）意外赢得老板纳森（奥斯卡?伊萨克 Oscar Isaac 饰）提供的大奖，被邀请去山中别墅和老板度假。在那个与世隔绝的地方，纳森热情款待这位员工。实际上，他邀请加利过来还有另一个目的，就是帮助他测试正在研发的智能机器人。天才般的纳森创造出拥有自主思考能力的智能机器人伊娃（艾丽西亚·维坎德 Alicia Vikander 饰），为了验证她是否具备自主思考能力，他希望加利能为伊娃进行著名的“图灵测试”。似乎从一开始，加利就被这个拥有华丽外表的机器人所吸引。在随后的互动中，他感受到的似乎不是冰冷的机器，而更像是一名被困禁的可怜少女……《机械姬》展现了人与机器之间的奇妙情感纠葛。