In naher Zukunft sind menschenähnliche Roboter allgegenwärtig. Ein neuer Prototyp wird mit der Fähigkeit zu bedingungsloser Liebe entwickelt. Als Ersatzkind kommt er zu einer Familie, deren Sohn im Koma liegt. Als der wieder gesund wird, soll der Androide weg, obwohl er durch seine Programmierung für immer an die Mutter gebunden ist. David (Haley Joel Osment) sieht aus wie ein ganz normaler elfjähriger Junge. Doch in seinem Inneren ist er ein intelligenter Roboter, der emotionale Bindungen aufbauen kann. Die Entwicklerfirma entschließt sich, den Prototyp ihrem Angestellten Henry Swinton (Sam Robards) zu übergeben, dessen Sohn mit geringer Chance auf Genesung im Koma liegt. Henry hofft, dass der Androide seiner Frau Monica (Frances O'Connor) über den Verlust des eigenen Kindes hinweghelfen kann. Im 22. Jahrhundert ist das Eis an den Polen geschmolzen und der Meeresspiegel angestiegen. Lebensraum und Ressourcen sind knapp geworden. Deshalb gibt es eine strickte Geburtenkontrolle und für ein Kind ist eine Lizenz notwendig. Roboter, die Mechas, haben Menschen in vielen Bereichen ersetzt. Monica entschließt sich, David zu behalten und aktiviert die sogenannte Prägung. Damit richtet sie seine bedingungslose Liebe für alle Zeiten auf ihre Person aus. Diese Programmierung kann nicht rückgängig gemacht werden. Doch als ihr ins Koma gefallener Sohn Martin (Jake Thomas) überraschend wieder gesund wird und eine krankhafte Eifersucht auf seinen neuen künstlichen Bruder entwickelt, sind die Swintons mit der Situation überfordert. Monica bringt es nicht fertig, David zurückzugeben, was seine Zerstörung bedeuten würde, und setzt ihn im Wald aus. Unfähig, die Zusammenhänge zu erkennen, zwingt ihn die Prägung, alles daran zu setzen, die Liebe seiner "Mutter" wiederzugewinnen. Da der menschliche Sohn ihm offensichtlich vorgezogen wurde und dies sein einziger Anhaltspunkt ist, setzt David sich von nun an das Ziel, ein echter Junge zu werden. Die Chance dazu sieht er in der Geschichte von Pinocchio, die Monica ihm vorgelesen hatte. Er will die blaue Fee finden, die Holzpuppen menschlich machen kann. Auf seinem Weg entkommt er Menschen, die herrenlose Mechas zum Spaß zerstören, und begegnet neuen Freunden, wie dem unter Mordverdacht stehenden Sex-Roboter Gigolo Joe (Jude Law), der ihn eine Weile begleitet. Unbeirrbar auf sein Ziel ausgerichtet, führt ihn seine aussichtslose Suche bis über das Ende der Menschheit hinaus. "A.I. - Künstliche Intelligenz" war ursprünglich ein Projekt von Regie-Legende Stanley Kubrick. Nach seinem Tod wurde der