ลูซี่ (โจแฮนส์สัน) นักศึกษาสาวไร้ภาระผู้ใช้ชีวิตอยู่ในไต้หวัน แต่แล้วเธอกลับโดนแฟนหนุ่มหลอกให้เป็นคนถือกระเป๋าไปส่งให้กับคู่ค้าธุรกิจ แต่ก่อนที่ลูซี่จะทันมองเกมออกว่าเธอโดนหลอกให้เข้าไปยุ่งกับเรื่องอะไร ลูซี่โดน มิสเตอร์จาง (ชอยมินซิก จาก Oldboy, Lady Vengeance) ผู้เหี้ยมโหดจับตัวไปเป็นตัวประกัน และเมื่อลูกน้องสุดชั่วของมิสเตอร์จาง ใส่สารสังเคราะห์ที่มีฤทธิ์รุนแรงเข้าไปในตัวของ ลูซี่ ซึ่งเป็นสารที่สามารถฆ่าเธอได้ถ้าหากมันรั่วไหลจากสิ่งที่บรรจุมันเอาไว้ ความหวาดกลัวของลูซี่กลับกลายเป็นความสิ้นหวัง ลูซี่พร้อมเหยื่ออีกหลายราย ถูกส่งตัวไปที่สนามบินเพื่อให้พวกเธอบินข้ามโลกไปพร้อมกับสินค้าที่มีมูลค่าสูงในตัว

แต่เมื่อสารเคมีดังกล่าวเกิดรั่วไหลโดยไม่ตั้งใจ และร่างกายของลูซี่ดูดซึมสารเข้าไป ร่างกายของเธอเริ่มแสดงปฏิกิริยาในแบบที่คาดไม่ถึง ความสามารถในการทำงานของสมองถูกปลดล็อคเข้าสู่ระดับที่น่าตื่นตะหนก ขณะที่ ลูซี่ พยายามทำความเข้าใจและปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงมากมายที่เกิดขึ้นทั้งกับสภาพจิตใจและร่างกายของเธอ ลูซี่เริ่มสัมผัสได้ถึงทุกสิ่งทุกอย่างรอบกาย ไม่ว่าจะเป็นอากาศ แรงสั่นสะเทือน ผู้คน หรือแม้แต่แรงดึงดูด ร่างกายเธอถูกพัฒนาไปจนเกิดพลังเหนือมนุษย์ ไม่ว่าจะเป็นพลังจิต โทรจิต ความรู้มหาศาล และการควบคุมวัตถุสสารต่างๆ ได้จนน่าตกใจ

ขณะที่สารดังกล่าวยังคงปลุกและปลดล็อคทุกพื้นที่ทุกมุมในสมองของลูซี่ เธอต้องเดินทางข้ามโลกเพื่อไปขอความช่วยเหลือจาก โปรเฟสเซอร์ซามวล นอร์แมน (ฟรีแมน) ผู้ใช้เวลาหลายสิบปีในการศึกษาความสามารถของสมอง ซึ่งทำให้เขาเชี่ยวชาญในเรื่องนี้จนยากจะหาใครทัดเทียม และเขาเป็นเพียงบุคคลเดียวบนโลกนี้ที่รู้ว่าเหตุการณ์นี้จะนำไปยังที่ใด คนที่เข้ามาช่วย ลูซี่ ตามหาตัวดร.นอร์แมน ก็คือ ตำรวจฝรั่งเศส สารวัตรปิแอร์ เดล ริโอ (อามีร์ เว็คเค็ด จาก Syriana, ผลงานทางทีวีเรื่อง House of Saddam) ถึงแม้จะรู้สึกไม่สบายใจกับพลังเหนือมนุษย์ของลูซี่ ที่ดูจะเพิ่มขึ้นในทุกนาที แต่ เดล ริโอ ก็ยินดีจะสละชีวิตของเขาเพื่อปกป้องหญิงสาวที่มองว่าเขาเป็นเสมือนความเป็นมนุษย์ธรรมดาส่วนสุดท้ายของเธอ ลูซี่ถูกตามล่าตัวโดยแก๊งโจรที่เคยจับตัวเธอไป โดยคนเลวเหล่านี้จะฆ่าทุกคนที่คิดจะนำสินค้าของพวกเขาออกจากตัวผู้หญิงคนนี้ซึ่งบัดนี้ได้กลายเป็นคู่ปรับที่ร้ายกาจที่สุดของพวกเขา นั่นทำให้ลูซี่เริ่มพลิกเกมและกลายร่างเป็นนักรบที่พัฒนาฝีมือในการต่อสู้ไปไกลเกินกว่ามนุษย์ธรรมดา