被惡德男友強迫幫人送貨的年輕女子露西（斯嘉麗·約翰遜ScarlettJohansson飾），遭遇了窮兇惡極的黑幫頭目張先生（崔岷植飾）一伙。她連同三個男人被張先生在腹部縫入了代號為CPH4的神秘藥品，以此將藥品偷偷帶入不同國家。在臺北盤桓期間，露西遭到惡男暴打，以致藥品破裂進入血液之中。誰知令人難以置信的事情就此發生，藥品激發了露西大腦的潛力，令人腦中約90%的神經元相繼蘇醒。伴隨著身體的飛快進化，露西掌握了越來越多人們所謂的超能力。她清楚地了解到CPH4所擁有的強大威力，于是想方設法要阻止其他三袋藥品落入張先生一伙手中。期間她試圖與大腦研究方面的資深教授塞繆爾·諾曼（摩根·弗里曼MorganFreeman飾）取得聯系，在后者的見證下，露西將迎來大腦100%蘇醒的歷史性時刻……
