Ambientada en Los Ángeles, en el futuro cercano, la película muestra a Theodore Twombly (Joaquin Phoenix), un complejo hombre que vive escribiendo conmovedoras cartas a los demás. Con el corazón roto después terminar una larga relación, se siente intrigado por un nuevo y avanzado sistema operativo, que promete ser una entidad intuitiva con cada usuario. Después de inicializarlo, Theodore queda encantado de conocer a «Samantha» (Scarlett Johansson), una brillante voz femenina que es perspicaz, sensible y sorprendentemente divertida. Mientras los deseos y las necesidades de ambos crecen, su amistad se transforma en una relación de amor.