Mihin ihmiset pystyisivätkään, jos he valjastaisivat käyttöönsä koko aivokapasiteettinsa? Lucy huijataan kuljettamaan salkkua, jolloin armoton herra Jang kidnappaa hänet panttivangikseen. Jangin johtamat rikolliset istuttavat Lucyyn pakkauksen vahvaa synteettistä ainetta, joka Lucyn on määrä salakuljettaa rajan yli. Pakkaus kuitenkin vuotaa, jolloin Lucy saa yliluonnollisia voimia. Lucy löytää avukseen professori Samuel Normanin, jonka vuosikymmeniä jatkuneet tutkimukset aivojen potentiaalista tekevät hänestä sekä lyömättömän alallaan että ainoan henkilön, joka ymmärtää tapahtuneen mahdolliset seuraukset. Lucy, jota hänen kidnappaajansa edelleen jahtaavat, kääntää tilanteen hyväkseen ja alkaa muuntautua kaikki logiikan rajat ylittäväksi sotilaaksi.