Caleb, dünya çapında tanınan bir internet şirketinde çalışıyor ve şirket içinde düzenlenen bir yarışmayı kazanarak ödül olarak CEO Nathan'ın dağ evinde bir hafta geçirme hakkı elde ediyor. Bu süre zarfında, Caleb'in bilmediği bir gerçek ortaya çıkıyor; burada, dünyanın ilk tamamlanmış yapay zeka robotu Ava ile tanışacak ve onunla bir ilişki kurma deneyine katılması bekleniyor. Ex Machina adı verilen bu deney, Turing Testi etrafında şekilleniyor ve Caleb'in Ava ile yaşayacağı deneyim, bu testin gerçek bir örneği olarak karşısına çıkıyor. Bu süreçte Caleb, Ava'nın düşünme yetisine sahip olup olmadığını anlamaya çalışırken, beklenmedik olaylar gelişiyor ve işler karmaşık bir hal alıyor.