Une brillante roboticienne d'une entreprise de jouets utilise l'intelligence artificielle pour développer M3GAN, une poupée réaliste programmée pour avoir des liens émotionnels avec sa nièce nouvellement orpheline. Mais lorsque la programmation de la poupée fonctionne trop bien, elle devient surprotectrice envers la jeune fille avec des résultats terrifiants.