为了说和花心的哥哥奥布朗斯基（马修·麦克费登 Matthew Macfadyen 饰）和嫂子多丽（凯莉·麦克唐纳 Kelly Macdonald 饰）濒临破败的婚姻，美丽贵妇安娜·卡列尼娜（凯拉·耐特丽 Keira Knightley 饰）乘坐火车来到莫斯科。她在当地邂逅骑兵军官渥伦斯基（亚伦·约翰逊 Aaron Johnson 饰），后者风度翩翩，英俊迷人，令多丽的妹妹凯蒂（艾丽西卡·维坎德 Alicia Vikander 饰）神魂颠倒，也让已为人妇的安娜心中若有所动。忌惮周遭的风言风语，安娜压抑内心的街头女骗子Julia被绑架，将被用于做一个致命实验，她的唯一希望寄予幕后黑手Alex创造的一项人工智能TAU，装备有大量的无人机和机器人，能自动操纵Alex打造的智能房屋和实验室，墙壁内村有屏幕，能从草原变为深度空间。TAU的能力受限于它所理解当下所处的环境，但它的潜力远不止于此。足智多谋又勇气十足的Julia将与时间作斗争，在人与机器之间建立信任的桥梁，争取重新获得自由，而不会落入和之前6位同样被用于实验之人的同一个下场。