Theodore Twombly (Joaquin Phoenix), un complejo hombre que vive escribiendo conmovedoras cartas a los demás. Con el corazón roto después de terminar una larga relación, se siente intrigado por un nuevo y avanzado sistema operativo, el que promete ser una entidad intuitiva con cada usuario. Después de inicializarlo, Theodore queda encantado de conocer a «Samantha» (Scarlett Johansson), una brillante voz femenina que es perspicaz, sensible y sorprendentemente divertida.