Une brillante roboticienne d'une entreprise de jouets utilise l'intelligence artificielle pour créer M3GAN, une poupée réaliste programmée pour interagir émotionnellement avec sa nièce orpheline. Mais lorsque la programmation de la poupée fonctionne trop bien, elle devient excessivement protectrice de sa nouvelle amie... avec des conséquences terrifiantes.