Los Angeles, dans un futur proche. Theodore Twombly est un homme complexe et profond qui gagne sa vie en écrivant des lettres personnelles et touchantes pour d’autres gens. Le cœur brisé par la fin d’une relation sentimentale, son attention est attirée par un nouveau système d’exploitation annoncé comme une entité intuitive qui s’adapte à chaque individu. Au démarrage, Theodore a le plaisir de faire la connaissance de « Samantha », une voix féminine qui a de la répartie, de la sensibilité et un étonnant sens de l’humour…