La giovane e spensierata studentessa Lucy viene ingannata dal fidanzato che la convince a consegnare una valigetta a un contatto d'affari. La ragazza si trova così coinvolta nei loschi traffici organizzati dallo spietato Mr. Jang, che non esita a farle impiantare chirurgicamente un pacchetto carico di una potente sostanza sintetica che, se liberata impropriamente, potrebbe rivelarsi letale. Trasformata in "mulo" per trasportare questo materiale di inestimabile valore, Lucy, insieme ad altri riluttanti portatori, viene mandata all'aeroporto con lo scopo di distribuire il prodotto in tutto il mondo. Tuttavia, la sostanza chimica accidentalmente si libera all'interno del corpo della ragazza che, assorbendola, inizia a vivere un'esperienza inimmaginabile: mentre il corpo comincia a percepire sensibilmente lo spazio, l'aria, le vibrazioni e la forza di gravità, ogni singolo angolo dormiente del suo cervello viene risvegliato e sbloccato e la sua capacità cerebrale aumenta a livelli sbalorditivi sviluppando tratti superumani come la telepatia, la telecinesi, una conoscenza allargata e un incredibile controllo sulla materia. Mentre tenta di comprendere e fare propri questi incredibili cambiamenti, e di sfuggire ai suoi ex catturatori decisi a recuperare la sostanza, Lucy, con l'aiuto del capitano della polizia francese Pierre Del Rio, inizia a vagare per il pianeta in cerca dell'unica persona sulla Terra capace di comprendere i fenomeni che la stanno trasformando: il Professor Samuel Norman, un luminare esperto sul potenziale del cervello...