Filmen skildrer Alexia (Agathe Rousselle) som barn blir alvorlig såret i en bilulykke og får operert inn en titaniumplate i hjernen. Som ung har hun utviklet seg til en slags seriemorder, men under en flukt fra myndighetene endrer hun sitt utseende og påstår å være den forsvunnede sønnen til en traumatiseret brannmann (Vincent Lindon). Snart eskalerer alt ut av kontroll og Titane utvikler seg til noe som garantert aldri tidligere er sett på film…