Astronaut Sam Bell ist alleine auf dem Mond Selene, wo er als Mechaniker der Firma Luna den Abbau von Helium-3 überwacht. Das kostbare Gas könnte die Energiekrise auf der Erde beenden. Zwei Wochen vor seiner Abreise beginnt Sam seltsame Dinge zu sehen und zu hören. Nachdem eine Routinekontrolle katastrophal schief geht, entdeckt er, dass Lunar ganz eigene Vorstellungen von seinem Verbleib hat.

John Carter (Taylor Kitsch) glaubt, alles schon erlebt, alles schon gesehen zu haben. Doch dann gerät der ehemalige Offizier, der nicht mehr kämpfen will, in einen Konflikt, der alle Vorstellungskraft sprengt. Auf unerklärliche Weise findet er sich auf einem geheimnisvollen Planeten wieder, den die Bewohner Barsoom nennen. Exotische Geschöpfe bevölkern diese Welt, aber auch fremdartige Stämme und Kulturen, die sich bekriegen und damit ihren eigenen Untergang heraufbeschwören.

Dom Cobb (Leonardo DiCaprio) ist der Beste seines Fachs: Als „Extraktor“ stiehlt er wertvolle Geheimnisse aus dem Unterbewussten, wenn es im Traumzustand besonders angreifbar ist. Seine Fähigkeiten machen ihn zum begehrten Player in der Industriespionage, doch dafür muss er eine hohen Preis zahlen: Er befindet sich ständig auf der Flucht.

Um es gleich vorweg zu nehmen, "I Robot" erfindet das Genre nicht neu. Die Stärken des Films liegen auch nicht bei den Schauspielern aus Fleisch und Blut. Die eigentlichen Stars sind die Roboter, die man getrost als neuen Meilenstein der Computereffekte bezeichnen kann, wohingegen Gollum aus dem "Herrn der Ringe" nicht mithalten kann.