L'humanité a été transformée par la technologie : désormais, les adolescents ne vont plus à l'école et grandissent avec leurs Amis Artificiels. Ces robots de pointe sont conçus pour les instruire, les distraire et veiller sur eux. Dans la vitrine du magasin, Klara, une AA particulièrement intelligente, attend avec impatience d'être choisie. Elle observe les passants et rêve d'éprouver comme eux de la joie, de la peur, de l'amour.
Bientôt, l'occasion de découvrir le monde se présente : elle est achetée par Josie, une adolescente atteinte d'une mystérieuse maladie. Mais en pénétrant l'intimité de sa nouvelle famille, Klara ne se doute pas qu'elle va devenir le témoin de troublants secrets.