在未来的2022年，科技高度发达的日本，人类与智能机器人共同生活在一座名为“新东京”的都市中。高中生小林拓也性格内向、不善交际，总觉得自己与周围人格格不入。某天，他在一家废弃的实验室中发现了一台代号为“M-01”的故障机器人。出于好奇，拓也擅自启动了她，机器人睁开双眼，用生涩的日语说出了第一句话：“我是‘机器妹’，请多指教。” 机器妹被拓也带回家中，开始了他们既荒诞又温馨的同居生活。起初，拓也只把她当作一台不听话的电器——她总是忘记充电、对家务指令执行得乱七八糟，还会用僵硬的动作“模仿”人类的日常。然而，随着相处深入，机器妹展现出超乎预期的情感学习能力。她开始模仿拓也的习惯，甚至尝试理解人类的喜怒哀乐：当拓也为学业烦恼时，她会笨拙地端来一杯热水；当拓也开玩笑时，她会歪着头发出“叮”的疑问声，却总能精准接住他的笑点。 与此同时，一家名为“曙光科技”的公司开始追查失踪的M-01。他们声称这台机器是“有意识的人工智能”，掌握着可能导致社会颠覆的“情感代码”。拓也得知，如果机器妹被回收，所有数据将被清洗，她将变成一台普通的冷冰冰的机器。为了保护机器妹的“人性”，拓也带着她踏上逃亡之路，途中意外发现了机器妹的秘密：她的程序核心中，竟存储着拓也童年时写给未来朋友的信。原来，创造她的科学家是拓也已故的父亲，父亲在她体内留下了对儿子最后的善意与守护。 故事的高潮，拓也为了保护机器妹，选择公开她的存在。在全世界的直播镜头前，机器妹用流利的日语说出：“我想成为人类的伙伴，不是为了服务，而是为了理解。”这一刻，机器妹不再是机器，而是拓也心中永远的“家人”。影片以日本特有的细腻笔触，探讨了在高度科技化的社会中，人类与人工智能之间那层薄而珍贵的“羁绊”，以及关于爱、成长与身份的永恒命题。