2005年,北安公司生產的NDR系列機器人「安德魯」被馬丁一家買下,為其執行家務和勞動,他展示了機器人三定律做為自我介紹。大女兒葛瑞絲不喜歡安德魯,但二女兒阿曼達很喜歡他。安德魯發現自己有「情緒」,並發現自己更喜歡和他的「二小姐」共度時光。安德魯不小心摔碎了阿曼達的玻璃雕像,便用木頭雕了同樣造型的雕像作為補償,這讓馬丁家的一家之主理察大感驚異。理察帶安德魯北安公司,想知道安德魯的創造能力是否是它程式的一部分,北安公司的老闆丹尼斯聲稱這是系統上的錯誤,並提議將他報廢,但理察把安德魯帶回家,讓他飽覽群書,試圖提升他的人文素養和創造力。安德魯發現機器人在現行法律下並無權力,之後他成了鐘錶匠,賺來的大筆財富都由理察管理。
時光流逝,安德魯要丹尼斯為自己升級,獲得更多足以表現情緒的表情。2032年,安德魯想用賺來的錢向理察買自己的「自由」,理察讓安德魯獲得了自由,但他不接受這些錢,也要求安德魯不得繼續住在馬丁家中。安德魯在海般蓋了木屋。2048年,瀕臨逝世的理察向安德魯道歉,他對趕走安德魯一事感到抱歉。
理察死後,安德魯繼續尋找和自己相似的NDR系列機器人,並和已經離婚的阿曼達保持書信往來。在安德魯尋覓20年後,他找到了有女性外型的NDR機器人加樂提雅。魯伯是NDR系列設計師的兒子,安德魯對魯伯改造加樂提雅的方法很有興趣,他還發現魯伯有許多技術,可以讓自己更像人類。安德魯贊助魯伯,並成為他的測試對象,之後他獲得人類的外表。在回到馬丁家後,他見到年老的阿曼達以及阿曼德的孫女波夏,波夏的外表十分神似年輕時的阿曼達,而她起初對安德魯存有戒心。
在阿曼達過世後,安德魯意識到自己關心的人終將過世,他希望魯伯用人造器官換掉自己的機械身軀。安德魯獲得飲食能力和感受情緒的能力,甚至獲得了性能力,這使安德魯和波夏墜入愛河。安德魯希望世界議會承認自己為人類,並允許自己和波夏的婚姻,世界議會並未同意此事。之後魯伯為安德魯進行最後一項手術,讓安德魯的身體得以老化,並將在數十年後死亡。
安德魯再次向世界議會提案,希望能夠有尊嚴地死亡。在2205年,安德魯的身體每況愈下,他和波夏都仰賴生命維持系統而活,該系統由加樂提雅監控。兩人牽著手觀看世界議會的視訊畫面,在議會承認安德魯是200歲的人類後,也給予他身為人類的權利,包括承認他和波夏的婚姻。安德魯沒有聽到這項消息便逝世了,但波夏表示安德魯已經知道答案了。接著,波夏命令加樂提雅切斷生命維持裝置,並對安德魯說「待會兒見」。