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Nachdem mysteriöse Raumschaffe überall auf der Erde gelandet sind, macht sich ein Specialteam unter Leitung von Linguistin Louise Banks (Amy Adams) auf, eines der Raumschiffe zu untersuchen. Da die Menscheit am Rande eines weiteren Weltkrieges steht, bleibt dem Team nur wenig Zeit für die Suche nach Antworten. Dabei setzen sie nicht nur ihr eigenes Leben aufs Spiel, sondern möglicherweise auch das, der ganzen Menschheit.
Dem Wissenschaftler Thomas Harbor (Robert Redford) gelingt in naher Zukunft der unumstößliche Beweis für die Existenz eines Lebens nach dem Tod. Diese bahnbrechende Entdeckung hat tiefschürfende Auswirkungen auf die Menschheit: Schon zwei Jahre nach Harbors Entdeckung haben sich bereits vier Millionen Menschen das Leben genommen, um ins Jenseits zu gelangen, wo sie sich eine sorgenfreie Existenz und einen neuen Anfang erhoffen. Unterdessen führt Harbor seine Experimente in seinem Haus auf einer abgelegenen Insel in New England fort. Doch genau davon möchte ihn sein Sohn Will (Jason Segel) abbringen, der zum ersten Mal seit langer Zeit an den Ort zurückkehrt, an dem er aufgewachsen ist. Dabei trifft er auf Isla (Rooney Mara), die aus ihren eigenen mysteriösen Gründen auf der Insel ist, und stellt schnell fest, dass die gefährtliche Arbeit seines Vaters schon weiter fortgeschritten ist, als er jemals für möglich gehalten hätte...
Gordon Dunn (Martin Donovan), ein berühmter und innovativer Wissenschaftler, wird tot aufgefunden, nachdem er gerade erst seine neueste Erfindung vorgestellt hat: Eine Apparatur, die die ungefilterten Gedanken von Menschen erfassen, aufnehmen und wiedergeben kann. Dunns Witwe Carolyn (Julia Ormond) zieht sich nach dessen Tod immer mehr zurück – bis plötzlich ein mysteriöser Mann auftaucht, der behauptet, ein alter Freund ihres Mannes zu sein. Mit zweifelhaften Hintergedanken nimmt er die Maschine an sich und versucht zunächst, den Mord an Dunn aufzuklären...
Der renommierte Wissenschaftler Dr. Will Caster arbeitet gemeinsam mit seiner Frau Evelyn auf dem Gebiet der technologischen Singularität. Durch die Erschaffung eines Computersystems, dessen komplexe Verschaltungen wie menschliche Gehirne funktionieren, streben sie die Transzendenz künstlicher Intelligenz an. Ein technologischer Quantensprung, der ihnen zwar viel Lob einbringt, sie jedoch auch zur Zielscheibe von fanatischen Technik-Skeptikern macht.