Seit Cady (Violet McGraw) bei einem Autounfall ihre Eltern verloren hat, lebt sie bei ihrer Tante Gemma (Allison Williams). Diese ist Robotikingenieurin in einer Spielzeugfirma, lebt für ihren Job und ist mit der privaten Situation überfordert bzw. kann sie Cady nicht aus ihrem verständlichen Tief heraus holen. Gerade arbeitet sie an einem neuen Modell einer lebensechten Puppe und dabei kommt ihr eine Idee.
Gemma wird M3gan – so die abgekürzte Bezeichnung aka der Name der Puppe – einfach an Cady testen. Schon bald freunden sich die beiden an, das junge Mädchen öffnet sich und hat wieder Freude am Leben. Was zunächst wie ein gelungenes Experiment wirkt und Gemma auch in ihrer Firma weiterbringt, entwickelt sich schon bald zu einem Alptraum. M3gan hat nämlich eigene Vorstellungen wie weit sie gehen kann, um Cady vor Schaden jeglicher Art zu bewahren…