Im Chicago des Jahres 2035 sind sogenannte Robots, künstliche Wesen, die in vielen Bereichen als Arbeiter und Helfer eingesetzt werden, Realität. Die Entwicklerfirma „U.S. Robotics“, deren Chef der reichste Mann auf Erden ist, steht kurz davor, den ganz neuen Robot-Typ NS-5 herauszubringen. Damit sich kein Roboter jemals gegen einen Menschen stellen kann, muss jeder Roboter die drei Gesetze der Robotik einhalten:
Ein Roboter darf keinem Menschen schaden oder durch Untätigkeit einen Schaden an Menschen zulassen.
Ein Roboter muss jeden von einem Menschen gegebenen Befehl ausführen, aber nur, wenn dabei das erste Gesetz nicht gebrochen wird.
Ein Roboter muss sich selbst beschützen, es sei denn, dies spricht gegen das erste oder zweite Gesetz.
Doch der Polizist Del Spooner (Will Smith), ein erklärter Gegner der Robot-Technologie und Verfechter der alten Zeiten, steht dem Ganzen skeptisch gegenüber. Besonders, als ein Robot offenbar den Mord an seinem Erbauer Dr. Lanning begangen hat. Jedoch stellt sich jeder Mensch gegen ihn, als er versucht, den Mord den Robots anzuhängen. Gemeinsam mit der Robot-Psychologin Susan Calvin, deren Aufgabe es ist, die Roboter menschlicher erscheinen zu lassen, findet er nach und nach heraus, dass alles doch nicht so einfach ist, wie es scheint. Während Del nur knapp Anschlägen auf sein Leben entgeht, begreift er, dass der Robot Sonny doch niemandem Schaden zufügen will, und findet in ihm sogar einen Freund. Als Del Spooner der Spur folgt, die Dr. Lanning ihm gelegt hat, erkennt er, dass V.I.K.I., die zentrale intelligente Recheneinheit von U.S. Robotics, plant, die gesamte Menschheit zu entmündigen, da sie nur so die Menschen perfekt beschützen könnte, und dies ist nach ihrer Auffassung der Sinn der drei Gesetze der Robotik. Am Ende zerstören Dr. Calvin, Del Spooner und Sonny V.I.K.I., die allen NS-5-Robots per automatischem Datentransfer („Uplink“) Anweisungen gegeben hat, die drei Gesetze kurzzeitig zu umgehen.
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