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複製人是泰瑞公司為地外殖民地設計出來的生物改造人,他們強壯的身體適合當殖民地的奴工,一系列血腥起義戰後,泰瑞公司因禁止生產複製人而破產,2020年生態系統崩潰,物理學家尼安德華勒斯的崛起。他的公司精於生產人造農作物,人類也因此免遭飢荒的困擾。華勒斯得到了泰瑞公司的殘存技術,並創造出新一批絕對服從人類的複製人,諸多無壽命限制的舊型複製人倖存,但他們依舊受到追捕,遭到「除役」,這些追捕複製人的獵手得名「銀翼殺手」。
在2049年,複製人(被描述為「生物工程人類」)變成了奴隸。K是一名複製人,為洛杉磯警察局(LAPD)工作的「銀翼殺手」,負責追捕和退役(殺死)流浪複製人。在一個蛋白質農場裡,他退役了謝波摩頓,並且發現一個被埋在樹下的盒子。這盒子內有一具留有剖腹產痕跡的女性複製人遺體,證明複製人是可以透過性行為繁殖,而以前認為這是不可能的。K的直屬上司喬希擔心這可能會導致人類與複製人之間的戰爭。她命令K找到並退役該複製人孩子以隱藏真相。
K探訪華勒斯公司總部,該公司從DNA檔案中識別出已故女性是瑞秋,她是當年由泰瑞博士設計出來的實驗性複製人。K了解瑞秋與前銀翼殺手瑞克戴克之間的情愛關係。華勒斯公司的總裁尼安德華勒斯希望查明複製人繁殖的秘密,以擴大太空移民。他派他的複製人執行者樂芙去LAPD總部偷走瑞秋的遺骨,並跟著K找到瑞秋的孩子。
在摩頓的農場,K看到日期6-10-21被刻在樹幹上,並認出是來自童年回憶中的木製玩具馬。由於複製人的記憶是人造的,K的全息投影女友嬌伊認為這是K出生的證據,而不是被創造的。K燒毀農場並離開。他搜索LAPD記錄,發現在那天出生的雙胞胎除了性染色體以外具有相同的DNA,但只有男孩被列為活著。K追蹤孩子到變成廢墟的聖地牙哥,但發現那年的記錄缺少了。K從他的回憶中認出了,並找到了他記得藏起來的玩具木馬。
複製人記憶的設計師安娜史特林博士證實他對孤兒院的記憶是真實的,使K得出結論,認為自己是瑞秋的兒子。在LAPD總部,K通過後創傷基線測試失敗。他與他的上級喬希談話,以暗示來欺騙她他殺死了這個複製人孩子。喬希給K機會在48小時內逃走。在嬌伊的要求下,K將她轉移到一個流動發射物「分離器」。他對玩具馬進行分析,透露了輻射痕跡,並引領他帶到拉斯維加斯的廢墟。他找到戴克,揭露他是瑞秋孩子的父親,並為了保護孩子的身份而冒充出生記錄,戴克把孩子留在複製人自由運動的監護下。
樂芙殺死喬希後,追蹤K到戴克位於拉斯維加斯的藏身之地。她綁架戴克,摧毀嬌伊並留下K等死。複製人自由運動拯救了K。他們的領袖芙瑞莎告訴他,瑞秋的孩子其實是女性,而他不是瑞秋的兒子。為了防止戴克把華勒斯帶到孩子或自由運動,芙瑞莎要求K為所有複製人的更大利益而去殺死戴克。
樂芙將戴克帶到華勒斯公司的總部與尼安德華勒斯見面。他向戴克提供了的一個複製的瑞秋,以揭露戴克所知道的事情。戴克拒絕,因為他認出假瑞秋的眼睛不是綠色的,樂芙於是殺死複製人。在樂芙正將戴克運送到一艘船上並將他帶離外界進行訊問時,K攔截並殺死了樂芙,但在戰鬥中受重傷。他刻意安排戴克的死以保護戴克免受華勒斯和流浪複製人的影響,並將戴克帶到史特林的辦公室,推斷出她是戴克的女兒,而那個玩具馬的記憶是她的。K倒在辦公室外的階梯上一動也不動,看著正在下雪的天空,而戴克則走進辦公室與史特林相見。