Hvad kan et menneske gøre, hvis det åbner for 100 procent af hjernekapaciteten og får adgang til hjernens yderste afkroge? Lucy (Scarlett Johansson) narres af sin kæreste til at aflevere en mappe, hvorved hun fanges og holdes som gidsel af den nådesløse hr. Jang (Choi Min-sik). Hans medskurke indopererer en pakke stærkt syntetisk stof i hende, for at hun kan smugle det over grænsen. Pakken lækker, og hun udvikler overmenneskelige evner. Lucy får hjælp af professor Samuel Norman (Morgan Freeman), hvis mangeårige forskning i hjernens potentiale gør ham uovertruffen på det felt, og han er den eneste, som kan forstå, hvor det måtte føre hen. Lucy jagtes uophørligt af sine tidligere kidnappere, men hun begynder at jagte dem og forvandles til en kriger, som er udviklet langt ud over menneskelig forstand.