邪悪なボーイフレンドに商品の配達を強要されている若い女性ルーシー (スカーレット・ヨハンソン) は、凶悪なギャングのリーダー、チャン氏 (崔敏志) とそのギャングに遭遇する。彼女と3人の男性は張氏によってコード名CPH4という謎の薬物を腹部に縫い付けられ、その薬物は各国に密輸された。台北の盤環市にいる間、ルーシーさんは凶悪な男に殴られ、その薬が壊れて血液に入りました。予期せぬことに、その薬がルーシーの脳の潜在能力を刺激し、彼女の脳の約90％のニューロンが次々と目覚めたのです。体の急速な進化に伴い、ルーシーはいわゆるスーパーパワーをますます習得してきました。彼女はCPH4の強力な力をはっきりと理解していたので、残りの3袋の薬が張さんと彼のグループの手に渡らないようにあらゆる手段を講じました。その期間中、彼女は脳研究の上級教授であるサミュエル・ノーマン（モーガン・フリーマン）との接触を試みたが、その証人のもと、ルーシーは脳が100％覚醒する歴史的瞬間を迎えることになる…。