壹對夫妻，由於愛子《馬丁》患病成植物人，在醫院告知病情惡化後，女主很是痛苦，幾度崩潰。她老公亨利，聽從科研博士的建議、生產出小機器人大衛，壹個和真人無兩樣的小男孩。只是機器人不能吃飯喝水，不會睡覺。
大衛帶回家後，媽咪莫妮卡是排斥的。經過幾天相處，發現它清澈明亮的眼神，對香味的敏感，對媽咪的愛，和真正的人類小孩兒沒什麽差別。便啟動了程序按鈕，領養了大衛。壹旦啟動，輸入信息是不能退貨，也不能從新設置。被拋棄的機器人，只能進入機器屠宰場銷毀。這壹段，莫妮卡小心翼翼的列出名單，輸入應用程序，壹個有感情，會叫媽咪的小男孩成了她兒子。
開始，媽咪每天晚上給他講睡前故事，藍仙女與木偶變成人的童話。幸福的日子沒過多久，媽咪的親生兒子醒了，大衛與馬丁開始了壹次又壹次奪愛較量。馬丁慫恿大衛剪媽咪的頭發，只是想讓媽咪多愛自己。被發現後，媽咪原諒了大衛。壹次意外，大衛不小心和馬丁掉進水裏了，人們沖進水池救走了馬丁，大衛壹個人孤零零的沈在水底。
這個家庭，越來越沒機器人的位置，大衛覺得因為它不是真的小男孩，，如果它是真的人，媽咪會永遠其它。亨利實在擔驚受怕，怕大衛報復，於是想把它送到機器人屠宰場銷毀，媽咪舍不得，把它送到了森林裏。囑咐它遠離人類會安全，大衛拉著媽咪哭喊不要丟下它，它會變成小男孩的，它會害怕的，媽咪哭著推開她揚長而去。在這裏，可以看出人類的殘酷無情，當榨幹完妳的價值，就狠狠的拋棄妳。
大衛懷著對媽咪的愛，回到家庭的願望，踏上尋找藍仙女的歷程。壹路坎坷，幾經心酸，還是被抓進了機器人屠宰場，跟隨它的機器熊泰迪請壹個小女孩救了它，過程幾經周折，認識了性愛情人《喬》坐上直飛機來到曼哈頓找傳說中的藍仙女。
來到地球能量最神秘的地方，才發現這是壹家科研院所，裏面有成千上萬個和它壹樣的小機器人。它才意識到，自己並是不世界上獨壹無二的。它絕望的墜海了，在它將要放棄生命的時候，它看到了藍仙女，也就在這時，喬潛入水中救了它，在它們即將飛出海面的時候，懸空的警察抓走了喬，喬在半空中說，我要走了請妳告訴女孩，我來過，大家不要不要忘記喬，女孩們都喜歡我。
大衛來到海底，見到了藍仙女，不管大衛怎麽祈求它，它永遠的在原地微笑。經過很長壹段時間，冰川封凍了海底。兩千年後，壹群新人發現了冰川化後還未醒來的大衛，它們叫醒了它，引入眼簾的是壹個仙氣飄飄溫柔可愛的藍仙女，它不顧壹切的剝去藍仙女身上的冰淩，就在這時，藍仙女隨著冰塊壹起粉碎，大衛看著眼前的陶瓷瓦礫壹臉懵圈，它不知道藍仙女為何粉碎，她還沒告訴怎麽做回小男孩呢。它再壹次絕望的哭了，驚動了叫醒它的新人。
新人用它們獨有的方式，看到大衛儲存的人類記憶，是這個地球上唯壹和人類有關的痕跡了，也是人類僅存的智慧結晶。它們很喜歡大衛，希望它快樂。大衛的快樂就是找到媽咪莫妮卡，兩千年過去了，媽咪早死了，新人用泰迪熊保存的頭發造了個媽咪，但只能存活壹天，晚上過後，她會回到原來的地方，僅此壹次，不可重復。
大衛看著初醒的媽咪，眼淚緩緩流下，在這短暫而又令人動容的情景中，大衛度了壹生中最快樂的壹天。她給媽咪煮愛喝的咖啡，壹起畫畫，嬉鬧，擁抱，愛意滿滿的握著她的手，躺在她的身邊，看著她隨著夜沈消失了。這也是大衛壹生以來，第壹次睡著，它做了壹個奇怪的夢，夢見找到了藍仙女，它變成了小男孩，變成了媽咪真正的孩子。