Vad skulle en människa vara kapabel till om hon kunde utnyttja 100 procent av sin hjärnkapacitet och utnyttja hela sitt sinne. Lucy (Scarlett Johansson) luras av sin pojkvän att leverera en portfölj, vartefter hon tillfångatas och hålls gisslan av den skoningslösa mr. Jang (Choi Min-Sik). Hans kumpaner opererar in ett paket i Lucy, laddat med en kraftfull syntetisk substans som hon ska smuggla över gränsen. Paketet läcker och hon utvecklar övernaturliga egenskaper. För att få hjälp kontaktar hon professor Samuel Norman (Morgan Freeman), vars forskning om hjärnans potential gör honom överlägsen inom området, och han är den enda personen med förmågan att se vad det här kan leda till. Lucy jagas obönhörligt av sina tidigare kidnappare, men hon börjar vända på situationen, och förvandlas till en krigare som utvecklas bortom allt mänskligt förstånd.