在台湾台北市生活和工作的露西，受到男友的欺骗，被迫成为运送毒品的“人体快递” ，而这一切的幕后主使是一名韩国黑帮大佬和毒枭张先生。一次，露西把装有某新型毒品CPH4的箱子交给张先生，无意中目睹她男友被杀害，之后她也遭到监禁，CPH4也被缝进了她的腹部。黑帮大佬要她把毒品运送到欧洲，然而露西由于腹部被人踢伤，毒品包装袋破碎渗入到她体内的器官和血液。不过露西非但没有死亡，反而发现自己的体能和智力都在毒品的作用下得到了飞速的提升，从而使她意外拥有了用意念便可控制周围物体的超能力，还有如同预见未来、消除疼痛、瞬间变身等，从此她从手无缚鸡之力的弱女子逐渐成长为一名无所不能、无所不在的超级女英雄。
在杀死绑架者并逃脱之后，露西去医院取出了她体内的毒品包，并从医生口中得知了这种药物的原理以及副作用。感觉到自己的能力在无止境地强大，露西回到了张先生的住所，并且从张先生的脑中获取了其它毒品所在位置的信息，为了更加详细地了解自己的能力，她联系到教授塞缪尔·诺曼，希望通过他避免自己被药物杀死的命运。
露西坐飞机去巴黎，在飞机上露西喝了一口香槟，身体却在药物的作用下急剧恶化，而唯一能够保住她性命的方式就是服用更多的CPH4，露西运用超能力远程控制了一群武装警察和张先生的黑帮成员，在警察德尔里奥的帮助下，她找到了其余的CPH4。在诺曼教授的实验室，露西将余下三包CPH4注射到了自己体内，她的身体变幻出一种黑色的物质，在整个实验室飘散，最终形成了一种无形无状的次时代超级电脑。
正在这时，张先生和他的手下来到实验室，并且用枪抵住了露西的头部，在他按下扳机时露西的超能力正好开发达到了百分之百，她瞬间消失，留下来的只有她的衣服以及一台黑色超级电脑。这时德尔里奥赶到实验室并且开枪打死了张先生，黑色电脑最终化解为灰烬，但诺曼教授从中去取出了一张黑色巨大的闪盘，德尔里奥的手机收到了一条短信，是露西发来的“我无处不在”。
人类大脑开发迄今为止也只百分之十，靠着这百分之十在人类史上倒也缔造了不少的奇迹，试想如若人类将大脑潜能开发至百分之百甚至更多，那将会发生何种情况？影片一步步演示了超级人类进化的过程，横跨千年甚至重写了人类进化史，但归根结底人类最终的走向将是什么呢？是被无限催熟的大脑化成一滩脓水，超级英雄修成正果后隐蔽在一枚U盘里面，自此世上再没有活着的动物，所有的行动和指令都在通过电子讯号按部就班地繁衍生息，阳光普照的大地上，高楼照旧林立，风雨飘摇依旧，只是少了人味儿，再无生机。假设这就将是人类进化的最后终点，那么我们何其幸甚，亦何其悲甚！
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