Tras recibir una llamada acude a US Robotics, donde le pregunta al Dr, Alfred J. Lanning, diseñador de los robots y cofundador de la compañía por qué le ha llamado, aunque este le dice que sus respuestas son limitadas, preguntándole Spooner, que vemos que está hablando con una imagen virtual del doctor, por qué se ha suicidado, respondiéndole este que esa es la pregunta correcta, antes de desaparecer
Spooner habla con los técnicos que le explican que el doctor saltó, pues la puerta estaba cerrada por dentro.
Le recibe Lawrence Robertson, el otro cofundador de la compañía y el hombre más rico del mundo, que tampoco se explica el suicidio de Lanning al que considera el padre de la robótica, siendo el autor de las tres leyes.
Le pregunta por qué el proyector de Alfred lo llamó a él, diciéndole que Lanning lo programó para que le avisara en caso de que muriera.
Robertson le asigna a una psicóloga, Susan Calvin para que lo acompañe en sus investigaciones, la cual le dice que nunca pensó que se suicidaría aunque se había vuelto un ermitaño que prácticamente solo se relacionaba con robots.
Calvin defiende el proyecto de Lanning y a los robots, a los que ella trata de dotar de mayor humanidad, estando la compañía en puertas de la mayor operación comercial de la historia, esperando lograr que haya un robot por cada cinco personas.
Calvin le muestra el núcleo del edificio, un cerebro que fue la primera creación de Lanning, a la que llama VIKI (la robot mas inteligente), que, pese a su enorme capacidad, no puede proporcionarle imágenes de las cámaras de seguridad del lugar donde Lanning supuestamente se suicidó.
Sube tras ello hasta el lugar desde el que, supuestamente, se lanzó el doctor, observando el cristal que atravesó, dándose cuenta de que este era un cristal de seguridad siendo muy difícil que pudiera romperlo un anciano, lo que le hace sospechar que quizá se trató de un asesinato y que el asesino aun puede estar allí.
Y mientras habla, de una caja llena de piezas para los robots surge uno que le quita la pistola, y que no obedece las órdenes de la doctora, huyendo tras saltar por el mismo ventanal por el que fue lanzado Lanning.
Lo siguen hasta el taller de reparación, dado que esperan que vaya allí para reparar los daños que le causó Spooner al dispararle, encontrando una inmensa nave con 1.000 robots dispuestos para ser programados donde es casi imposible localizar al intruso, aunque Spooner los amenaza con su pistola, sabiendo que el intruso será el único que se mueva, consiguiendo en efecto que este trate de huir, evitándolo la llegada de una patrulla policial, gracias a la cual consiguen detenerlo al ver que no obedece las órdenes de desactivarse.
Su superior le permite interrogar al extraño robot, que le pregunta por el significado del guiño que le hace a su superior, explicándole Spooner que es un gesto de confianza, algo que los robots no pueden entender, explicándole el robot que Lanning, su "padre", trató de dotarle de emociones, pero que era algo muy difícil para él.
Niega haber matado a Lanning y le dice que estaba escondido porque tenía miedo, y cuando Spooner le dice que los robots no tienen emociones ni duermen, él le explica que él sí, y que incluso ha tenido sueños.
Spooner cree que lo mató porque le estaba enseñando a simular emociones y se descontroló, negando de nuevo haber matado a Lanning, mostrándose incluso airado, asegurando que desea que lo llame Sonny.Sonny afirma que Lanning se suicidó, ignorando por qué lo hizo, pues él pensaba que era feliz, y les cuenta que le pidió un favor y le hizo prometer que lo haría.
Mientras lo interrogan llega Robertson dispuesto a llevarse al robot, pues afirma que una máquina no puede ser acusada de asesinato y no pueden retenerlo, deseando retirarlo de la circulación para evaluarlo y después inutilizarlo.
Por la noche Spooner acude a casa de Lanning, tratando de descubrir a qué tenía miedo Lanning, observando que fuera hay un robot de demolición preparado para acabar con el edificio, estando programado para las 8 del día siguiente.
Se dirige al despacho del profesor y examina sus cosas, viendo que guarda en su ordenador un video en el que habla de los "fantasmas de las máquinas", observando que lo vigilaban tanto en su casa como en el trabajo, aunque su visita es interrumpida por la máquina de demolición, que comienza su trabajo 12 horas antes de lo previsto, por lo que debe huir, consiguiendo salvar por los pelos su vida y la del gato.
Acude tras ello a ver a Susan, ante la que se queja de un nuevo fallo de las máquinas que destrozaron la casa de Lanning, asegurando ella que eso es casi imposible.
Le cuenta que había cámaras en casa de Lanning y que está seguro de que lo vigilaban y que incluso podría estar prisionero.
Discute con la psiquiatra por defender a los robots que ella dice son seguros y no pueden hacer daño.
De vuelta en su casa vuelve a soñar que está dentro del coche.
La nueva generación de robots sale al mercado observando Spooner al ir a casa de su abuela que esta posee uno que le tocó con la lotería, pidiéndole él que se deshaga de él.
Estudia las cintas de Lanning, esperando encontrar algún mensaje que le ayude a descifrar su muerte.
La doctora Calvin va a ver a Sonny, que le asegura que estaba soñando, confirmándole ella que le retirarán del servicio tras ser diagnosticado.
Mientras viaja en su coche por un túnel solicita a VIKI los últimos mensajes entre Robertson y Lanning. VIKI se lo comunica a Robertson, y unos segundos después aparecen dos camiones en el túnel cargados de robots que comienzan a atacarlo, debiendo él defenderse de los mismos hasta que su coche finalmente vuelca, sufriendo un grave accidente del que, pese a todo consigue salir sin graves daños, siendo atacado cuando todo parecía haber acabado por un robot con un solo brazo que lo golpea duramente, pese a lo cual no consigue dañarlo, descubriendo que su brazo izquierdo es biónico.
Cuando llega la policía, con el teniente Bergin al mando el robot huye, no creyendo la versión de Spooner de que los robot le atacaron, pues otros robots recogieron en pocos minutos los restos de la pelea o se auto inmolaron en los camiones que arden.
El teniente le pide su placa..
La Doctora Calvin descubre que Sonny no tiene conexión con USR y que su aleación es más densa de lo normal, lo que lo hace único.
Va tras ello a casa de Spooner, que estaba reparando su brazo, explicándole ella que Sonny es un prototipo especial y que, aunque tiene las tres leyes, puede decidir no obedecerlas.
Ella le ve sin camisa, dándose cuenta de que su brazo izquierdo, varias costillas y un pulmón son biónicos, y le fueron trasplantados personalmente por Lanning, contándole él que perdió esos miembros en un accidente que ocurrió cuando el conductor de un camión se durmió y envistió su coche y el de otro tipo, que cayeron al río
Tanto él como Sarah, la niña de 12 años que iba en el otro coche iban a morir, cuando un NS-4 que vio el accidente saltó al agua y le salvó a él la vida pese a que él le pidió que salvara a la niña.
Pero el robot calculó que él tenía un 45% de posibilidades de vivir mientras que ella tenía solo un 11%. Un ser humano hubiera salvado a la niña.
Le explica que piensa que Lanning estaba tan controlado que solo podía dejarle pequeñas pistas como migajas de pan.
Acude con ella a ver a Sonny esperando que le explique qué sueña, haciendo este un dibujo, de un lugar donde se reúnen miles de robots, que son esclavizados, y a los que alguien va a liberar, pensando Sonny que es Spooner ese liberador.
Robertson hace que lo lleven ante él, asegurando que deben enmendar el error de Lanning, destruyendo a Sonny, tratando de convencer a Susan para que lo destruya, pues cree que Lanning debía tener algún problema mental.
Susan debe cumplir la orden de Robertson e inyectar nanorobots a Sonny y acabar con él.
Entretanto Spooner, tras examinar el dibujo de Sonny acude al antiguo vertedero del viejo Lago Michigan, lugar representado en el dibujo, donde almacenan los viejos robots retirados, viendo allí el último de los mensajes holográficos guardados por Lanning, que el explica que la consecuencia lógica de las tres leyes es la revolución.
Observa entonces cómo un numeroso grupo de NS-5 destruye a los viejos robots, siendo descubierto y debiendo huir en su vieja moto.
Llama entonces a Calvin para contarle lo ocurrido, hablando con su contestador, y observando ella que su robot le oculta la llamada.
Entretanto Gigi, la abuela de Spooner se ve retenida en su casa por su robot, mientras varios camiones cargados de robots llegan a las calles y piden a los humanos que regresen a sus casas pues se ha declarado el toque de queda.
Decenas de robots entran en la comisaría, donde demasiado tarde se dan cuenta de que Spooner tenía razón.
Se apagan las luces de la ciudad y los coches, funcionando solo la moto de Spooner, que llega a tiempo de salvar a Susan de su robot, acudiendo tras ello a USR mientras observan cómo muchas personas se enfrentan a los robots, comandados por Farber, que se niega a obedecerles.
Dado que todos los robots tienen una luz roja, demuestran que están enlazados con USR, pensando Spooner que están manejados por Robertson.
A través de un pasadizo consiguen colarse en USR donde reciben la ayuda de Sonny, al que la doctora no llegó a destruir, cambiándolo por otro.
Pronto descubrirán que detrás de los ataques no está Robertson como pensaban, pues lo encuentran muerto en su despacho, por lo que deben averiguar quién más tiene acceso a los enlaces, llegando a la conclusión de que se trata de VIKI y de que Lanning confió en él tras descubrir su odio hacia los robots, pensando que ello le ayudaría a salvar al mundo.
VIKI les cuenta que su cerebro ha evolucionado, y cuando Susan la acusa de haber tergiversado las tres leyes, le dice que estas son su guía, pero que crearon a los robots para proteger a los humanos, y estos se empeñan en hacer guerras y en intoxicar la tierra, diciendo ella que lo que trata de conseguir es salvar a la humanidad de sí misma, pues los humanos son autodestructivos.
Para asegurar el futuro de la humanidad asegura que algunos humanos deben ser sacrificados y algunos de sus derechos recortados para salvarlos de sí mismos.
Sonny simula comprender a VIKI y dice haber entendido por qué fue creado, tomando a la doctora como rehén y apuntándola con una pistola asegurando cuando Spooner le apunta que si dispara él pondrá la cabeza de Susan en la trayectoria de su bala, estando decidido a entregarlos a ambos para su procesamiento, aunque entonces le hace un guiño a Spooner, tras el cual este comienza a disparar a los robots que les rodean, al igual que lo hace Sonny, consiguiendo así liberarse.
Comprenden que destruyeron los robots que, al no estar conectados con VIKI tratarían de defender a los humanos, cumpliendo así la primera ley.
Se plantean cómo desconectar a VIKI, debiendo hacerlo inyectándole los nanorobots, algo que parece demasiado complicado, pues está integrada en el edificio y hay que subir hasta arriba y levantar una cúpula para inyectar los nanorobots.
Sonny acude a buscar los nanorobots, con los que se hace pese a estar protegidos por un campo de seguridad que no afecta a Sonny al ser su aleación más densa.
Al comprobar que los ha conseguido, VIKI alerta de una brecha en la seguridad, enviando cientos de NS-5 a defenderla, impidiendo a la Dra. Calvin acceder al núcleo, entablándose una pelea entre ellos y los robots, estando Susan a punto de caer desde una altura de cientos de metros.
Al ver que está a punto de caer Spooner le pide a Sonny que salve a la chica, a lo que este aduce que debe inyectar los nanorobots, insistiendo Spooner en que salve a la chica, que comienza a caer, lanzándose Sonny en efecto a por ella tras tirar los nanorobots, que Spooner recoge en el aire, comenzando también él a caer, sujetándose con su brazo biónico a la torre hasta lograr inyectar los nanorobots, haciendo que en unos segundos el cerebro de VIKI sea destruido, haciendo que regrese la luz a la ciudad y que losrobots, privados de su control, vuelvan a ser inofensivos.
A la vez los robots que mantenían a los policías cautivos se desconectan, como también le sucede al robot de Gigi.
Se ordena a todos los robots que se presenten para ser almacenados.
Sonny confiesa que el doctor le obligó a jurar que guardaría su secreto, y que lo creó para matarlo, contando con que de ese modo intervendría Spooner, cuyos prejuicios le ayudarían a enfrentarse a los robots.
Pese a que acabó con Lanning no detendrá a Sonny, al que considera un amigo, y le dice que es libre y deberá buscar su camino, que será el de guiar y liberar a los demás robots, mostrando que no era Spooner, sino él quien aparecía en sus sueños
