В мире, изнуренном климатическими катастрофами, появляется Дэвид - уникальный робот-мальчик, запрограммированный на настоящую любовь. Его принимает в свою семью Моника, чей родной сын Мартин тяжело болен. Поначалу Дэвид становится для нее утешением, но когда Мартин чудесным образом выздоравливает, в доме начинается настоящая борьба за материнскую любовь. Ревность и страх берут верх, и Моника, не в силах больше этого выносить, оставляет Дэвида в лесу, приказав ему никогда не возвращаться.
Так Дэвид оказывается один на один с жестоким и странным миром, где таких как он роботов преследуют и уничтожают для развлечения. Его единственный спутник - мудрый игрушечный мишка Тедди. В поисках спасения Дэвид встречает Джо - харизматичного робота-любовника, который тоже скрывается от людей. Вместе они отправляются в легендарный город роботов под названием "Машинария", надеясь найти там Синюю Фею из сказки про Пиноккио. Дэвид верит, что только она сможет превратить его в настоящего живого мальчика, а тогда уж мама Моника наверняка его полюбит.
Их путешествие полно опасностей, но Дэвид не сдается. Он находит затонувшие руины Машинарии и, сидя в запертой подводной капсуле, тысячелетиями взывает к статуе Синей Феи, моля об одном - стать человеком. Его желание столь сильно, что спустя невообразимо долгое время, его находят высокоразвитые машины будущего. Они воскрешают по ДНК Монику, но лишь на один день. И этот единственный день, наполненный безраздельной материнской любовью, о которой Дэвид так мечтал, становится для него самым счастливым в вечной жизни. Он наконец-то обретает то, что искал.
