由于气候变暖，南北两极冰盖的融化，地球上很多城市都被淹没在了一片汪洋之中。此时，人类的科学技术已经达到了相当高的水平，人工智能机器人就是人类发明出来的，用来应对恶劣自然环境的科技手段之一。机器人的发展技术也因此高度活跃了起来。先进的人工智能机器人不但拥有可以以假乱真的人类外表，而且还能像人类一样感知自己的存在。

莫妮卡夫妇的独生子马丁患上了一种难以治愈的疾病，必须被冷冻起来，等待奇迹的发生。因为思子心切，莫妮卡夫妇感到极度空虚寂寞，因此决定领养一个机器人孩子作为替代品。终于有一天，他们把机器人大卫带回了他们的家庭。　　大卫是个乖巧的孩子，但因为他还不具备感情，所以他在新“父母“面前会做出一些不合情理的事情。莫妮卡决定打开大卫的情感开关，这样他就能像普通孩子一样同父母进行情感上的交流了。 　　大卫终于成了一个真正有感情的机器人。在打开开关之后，他第一时间叫了莫妮卡一声“妈妈”，莫妮卡顿时热泪盈眶。　　美满的背后时常伴随着隐患。按照程序设定，这个情感”开关“一旦被打开，大卫就无法停止他的爱，而且，你不能关闭这项功能，也不能将大卫转让给他人，唯一的脱手方法就是送回公司销毁。这就是说，具备感情的机器人也只有一次生命。

不久，莫妮卡的儿子马丁被治好了，他回到了家中。但这对于大卫来说绝不是什么好消息。马丁对大卫充满着敌视，因为在他眼中，大卫是一个企图同他分享家庭与父母之爱的家伙。为了赶走大卫，他设计了一系列的阴谋。　　在他的怂恿之下，本可以不吃不睡的大卫强迫自己吃波菜，以适应正常的人类生活，结果弄坏了自己体内的电路板。　　马丁告诉大卫：“去剪一缕妈妈的头发，你会得到更多的母爱。”大卫相信了，深夜他拿着剪刀悄悄走进莫妮卡的房间。莫妮卡夫妇吓坏了，他们以为大卫会伤害他们。　　在游泳池旁，大卫遭到一帮小孩的戏弄。他寻求马丁的帮助，结果两人都跌落游泳池，差点送了马丁的命。这使莫妮卡夫妇认定大卫已经成为家中的隐患。这个家庭已经没了大卫的容身之地。在一个阳光明媚的早晨，心事重重的莫妮卡载车带着大卫来到森林里。大卫既兴奋又快乐，但对莫妮卡来说，却是件残忍而痛苦的事情：丈夫和她已决定遗弃大卫。　大卫无法相信，进而惊恐地哀求莫妮卡。他为自己做的错事道歉，甚至为自己是个机器人而道歉，恳请莫妮卡不要抛弃他。莫妮卡一边哭，一边还是狠心地推开大卫。她满脸是泪，一遍遍重复“你不是真的”。 莫妮卡被大卫紧紧地抱着，然而一切已无法挽回。她启动汽车，抛下大卫。她看着后视镜，那个不知所措的孤单身影越来越小，最终消失不见……　　空旷的丛林中，大卫只有唯一的伙伴，他的玩具泰迪熊陪在身边。 　　人性的废虚里，没有人在乎机器人尚存的生命。 　　大卫相信，他的不幸只因为他不是一个真正的男孩。当初听到莫妮卡读的匹诺曹的童话故事中那个蓝衣仙子时，他发誓要找到蓝衣仙子以实现他心中的愿望，“这样妈妈就可以爱我了”。经过重重困难，他和朋友乔在曼哈顿找到当初制造他的公司，发现了一排排和他长得一模一样的机器人小孩。原来，他不是独一无二的。大卫很难过地坐在摩天顶楼，下面一片汪洋。他轻叫着“妈妈”绝望地跳进汪洋。仿佛奇迹一般，他在海底看见了一尊蓝衣仙子像。乔架着飞行器救了大卫，但乔也不幸被抓。在分别之际，他对大卫说“当你真正变成男孩时，记得跟女孩子提起我。” 大卫沉到海底，对仙子一遍遍地祈求：“求求你，让我变成一个真正的人。”仙子似乎被感动了，但终究保持着微笑，历经千年不变。

又过了2000年后，人类灭亡。外星人来到了地球，救出了大卫。当大卫走到仙子雕像的面前，微笑的仙子雕像轰然碎裂倒地，化为灰尘。外星人探知了大卫的记忆，为了满足大卫的愿望，外星人用莫尼卡的头发复活了她。但莫尼卡复活的时间只有一天。快乐如此短暂，当黄昏降临，莫尼卡沉沉睡去，再也不能醒来。

梦想成真，大卫终于拥有了一天真正的人类小男孩的生活。他感觉到，这一生中第一次，到了一个地方，一个美梦诞生的地方。