被惡德男友強迫幫人送貨的年輕女子露西(斯嘉麗·約翰遜 Scarlett Johansson 飾),遭遇了窮凶惡極的黑幫頭目張先生(崔岷植 飾)一夥。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。在台北盤桓期間,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,於是想方設法要阻止其他三袋藥品落入張先生一夥手中。
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 Morgan Freeman 飾)取得聯系,在後者的見證下,露西將迎來大腦100%蘇醒的歷史性時刻……