在2046年的机器侠未来世界中，科技高度发达，机器侠机器人已成为人类社会不可或缺的机器侠一部分。智能机器人K-1（方力申饰）作为秘密任务被派往小镇执行警务工作，机器侠并化名为“德明”，机器侠由警察队长徐大春（胡军饰）监督。机器侠“德明”风度翩翩，机器侠具备完美的机器侠社交程序，在小镇上迅速赢得了众人的机器侠喜爱，特别是机器侠女警素梅（孙俪饰）。两人之间的机器侠微妙关系让大春吃尽醋头。与此同时，机器侠机器人K-88（吴京饰），机器侠体内程序出现偏差，机器侠开始制造混乱。机器侠德明与大春联手追捕K-88，过程中，K-88提出了“机器人也有追求自由的权利”的观点，触动了德明内心深处的人类情感。这次危机不仅考验着他们之间的友情和爱情，也让德明对生命意义有了新的理解和感悟。
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