?Lucy Miller(Scarlett Johansson) es una joven estadounidense que reside en Taiwan y a la que su novio engaña para que entregue en su nombre un maletín. Lo que Lucy no sabe es qué contiene ese maletínni que su receptor es un mafioso coreano llamando Jang (Choi Min-sik) que pretende introducir una nueva droga en el mercado occidental: CPH4. Esta sustancia se genera durante el embarazo para lograrel rápido crecimiento de los huesos y músculos del bebé. Como ocurre con otros tres desconocidos, Lucy es retenida y le introducen en su abdomen una bolsa con dicha droga. A diferencia de los otrostres retenidos, Lucy es golpeada por uno de sus captores y la bolsa con droga se rompe, exparciéndose por todo su cuerpo y cambiándola para siempre. De repente, es capaz de utilizar el 40% de suactividad cerebral. Es decir, es capaz de hablar y escribir chino, recordar los olores de sus primeros días de vida e incluso cuando acude a un hospital a que le quiten la bolsa de droga no necesita deanestesia ya que su cerebro controla el dolor.
Antes de ir a ese hospital logra escapar del lugar donde estaba retenida, Lucy acude a este hospital para que le extraigan la bolsa de su interior. Elcirujano le explica en que consiste la droga y se sorprende de que Lucy continúe con vida. La chica decide informar a la policía europea de la identidad de los otros tres muleros, porque necesita conseguirlas otras tres bolsas de droga antes que los mafiosos coreanos. Por su parte, y después de leer todos sus estudios en pocos minutos, Lucy contacta con el profesor Samuel Norman (Morgan Freeman) pararesponder a la pregunta que siempre se ha formulado: ¿qué es capaz de hacer el ser humano con el 100% de su capacidad cerebral?
Ya en el avión camino de París, donde se ha citado con el profesor Norman,el porcentaje que Lucy utiliza de su cerebro es del 60%. Tras beber una copa de champagne, incompatible con la reproducción celular que está experimentando gracias a la droga, Lucy empieza a…