Het is het jaar 2049. Een team van wetenschappers in de VS moet ervoor zorgen dat de mensheid kan overleven op een steeds vijandiger wordende aarde. Hun pogingen mislukken en hun laatste redmiddel is een plan om genetisch gemodifi ceerde kinderen in de cocons van grote robots te plaatsen. Daar worden ze ‘uitgebroed’, geboren en opgevoed door deze machines, die geprogrammeerd zijn volgens de laatste inzichten op het gebied van kunstmatige intelligentie. In 2054 wordt Kai geboren in het woestijnlandschap in het zuidwesten van de VS. Zijn enige gezelschap is zijn robotmoeder, Rho-Z. Deze robot bezit de kennis en het instinct van een menselijke moeder, verpakt in stevige hardware, als bescherming tegen aanvallen. Rho-Z voedt Kai op, beschermt hem en leert hem te overleven. In een poging te begrijpen hoe de wereld er vroeger uitzag, gaan ze op zoek naar andere kinderen. Kai ontdekt een paar wetenschappers die de tijd hebben overleefd en die onderdeel zijn van het regeringsteam dat hem heeft gemaakt. Hij komt erachter dat in de tijd dat de kinderen volwassen werden, ook hun robotmoeders veranderden. Het team dat Kai en zijn moeder maakte, is ervan overtuigd dat ze hem maar op één manier kunnen redden: door zijn moeder te vernietigen.