Los Angeles, dans un futur proche. Théodore Twombly, un homme sensible, est inconsolable suite à une rupture difficile. Il fait alors l'acquisition d'un nouvel OS ultramoderne incarné par Samantha, une voix féminine intelligente, intuitive et étonnamment drôle. Les besoins et les désirs de Samantha grandissent et évoluent chaque jour, tout comme ceux de Théodore. Et peu à peu, ils tombent amoureux...