2035. L'humanité est maintenant assistée quotidiennement par des robots, programmés dès leur conception pour être totalement incapables de faire du mal à un être humains. Pourtant, quand un éminent scientifique, concepteur du tout premier prototype de robot, est retrouvé assassiné, le détective chargé de l'enquête Del Spooner, un jeune homme complètement technophobique, avec l'aide d'une robot-psychologue le Dr. Susan Calvin, se rend compte assez vite que c'est précisément un robot qui est responsable de ce meurtre. Ce robot, Sonny, semble être doué de sentiment, ce qui d'après Spooner est rigoureusement impossible. Il prétend en outre avoir tué son concepteur à sa demande, dans le but de dénoncer une menace terrifiante qui s'apprête à déferler sur la société.