影片以重复加碎片式的感官叙事手法，讲述了年迈且身患疾病的安东尼（安东尼·霍普金斯AnthonyHopkins饰）正在面临一项艰难的人生选择——是搬到养老院还是接受女儿寻找的新护工。在这个过程中，安东尼发现自己仿佛进入了一场奇怪的时空之旅，错乱的记忆和时间线交织出一段段匪夷所思的故事，而一个个陌生又熟悉的人也让他陷入迷茫。影片根据法国小说家兼剧作家佛罗莱恩·泽勒的舞台剧《父亲》改编。

罗宾（伊万·麦克格雷格EwanMcGregor饰）曾经也是一个拥有着很多奇异朋友的天真无邪的小男孩，但如今，已经长大成人的他在旅行箱公司上班，在挖空了心思完成上司布置的任务外，他还得想方设法的挤出时间来陪伴妻子伊芙琳（海莉·阿特维尔HayleyAtwell饰）和女儿玛德琳（勃朗特·卡迈克尔BronteCarmichael饰）。罗宾非常爱自己的家人们，但这样的生活难免让他感到有一丝丝的窒息。一天，罗宾童年时候的玩伴小熊维尼（吉姆·库宁斯JimCummings配音）忽然再度出现在了他的眼前，并且请求他帮自己一个忙。很显然，维尼依然将罗宾当成是以前那个单纯的男孩，这让罗宾感到有些无所适从。

效力于某知名搜索引擎公司的程序员加利·史密斯（多姆纳尔·格利森DomhnallGleeson饰）幸运地抽中老板纳森（奥斯卡•伊萨克OscarIsaac饰）所开出的大奖，他将受邀前往位于深山的别墅中和老板共度假期。在与世隔绝的别墅中，纳森亲切地接待了这位员工。事实上他邀请加利到来还有另一个目的，那就是协助他完成其所开发的智能机器人的测试。天才一般的纳森研制了具有独立思考能力的智能机器人伊娃（艾丽西亚·维坎德AliciaVikander饰），为了确认她是否具有独立思考的能力，他希望加利能为伊娃进行著名的“图灵测试”。似乎从第一眼开始，加利便为这台有着宛如人类般姣好容颜的机器人所吸引。在随后的交流中，他所面对的似乎不是冷冰冰的机器，而更像是一个被无辜囚禁起来的可怜少女……