Hong Kong, 1966. Dans sa petite chambre d'hôtel, Chow Mo Wan, écrivain en mal d'inspiration, tente de finir un livre de science-fiction situé en 2046. A travers l'écriture, Chow se souvient des femmes qui ont traversé son existence solitaire. Passionnées, cérébrales ou romantiques, elles ont chacune laissé une trace indélébile dans sa mémoire et nourri son imaginaire. L'une d'entre elles revient constamment hanter son souvenir : Su Li Zhen, la seule qu'il ait sans doute aimée. Elle occupait une chambre voisine de la sienne - la 2046...
En l'an 2019, un ex-policier devenu détective privé, Rick Deckard, est rappelé en service pour faire la chasse à des robots d'apparence humaine appelés « replicants ». Deckard doit en éliminer quatre qui se cachent à Los Angeles. La tâche n'est pas facile, mais il arrive à supprimer trois des robots, sans pouvoir empêcher le meurtre d'un important industriel. Le quatrième « replicant », Batty, s'avère particulièrement coriace.
2038 : George Almore travaille sur une intelligence artificielle véritablement équivalente à l'intelligence humaine. Son dernier prototype est presque prêt. Cette phase sensible est aussi la plus risquée. Surtout qu'il a un objectif qui doit être caché à tout prix : être réuni avec sa femme morte...
David Aames est un jeune et brillant éditeur new-yorkais qui a tout pour lui : l'argent, la réussite professionnelle et les femmes. Son ami Pelayo commet l'erreur de lui présenter Sofia, sa nouvelle compagne. Au premier regard, David succombe au charme de celle-ci. Tous les deux filent bientôt le parfait amour. Alors que David se dispute en voiture avec Julie, une ex folle de jalousie, la jeune femme accélère et c'est l'accident. Julie décède. Atrocement défiguré, David est transporté d'urgence à l'hôpital où les médecins ne peuvent réaliser de miracle. Sa vie bascule. Les gens ont dorénavant peur de lui et Sofia l'évite. Mais un matin, David se fait gentiment réveiller par celle-ci, qui lui déclare son amour. Les médecins lui annoncent même qu'il pourra retrouver son ancien visage. Réalité ou hallucination ?
Californie, 2049. La planète se relève péniblement de la crise de l'écosystème de 2022. Une entreprise a racheté la Tyrell Corporation afin de fabriquer de nouvelles entités technologiques. Les Réplicants demeurent toutefois interdits et les Blade Runner sont parfois appelés pour les éliminer. C'est le rôle de K, un officier solitaire. Envoyé sur une ferme recluse, il découvre dans le sol une valise contenant un secret vieux de 30 ans. En enquêtant, le policier risque de réveiller des forces obscures et de se mettre à dos des gens puissants qui cherchent à enterrer le passé.
Afin de tester une nouvelle forme d'intelligence artificielle, Caleb est convié pendant une semaine à la résidence sophistiquée et reculée du scientifique Nathan. Il fait la connaissance d'Ava, un robot révolutionnaire. Cette entité semble posséder une conscience humaine et elle sidère complètement Caleb. Le jeune homme la met à l'épreuve en lui posant des questions de plus en plus ardues, étant incapable de trouver une faille dans son système. Au fil des rencontres, Caleb commence à voir Ava différemment, surtout depuis qu'elle lui confie les mauvais traitements que lui fait subir Nathan.
Le vaisseau spatial Avalon effectue un voyage de cent vingt ans vers la colonie planétaire Homestead II. Mais, alors que le trajet semble bien se dérouler, James Preston a la surprise de constater qu’il est le seul à s’être réveillé.
Dans un XXIe siècle, où la fonte des glaces a submergé la majorité des terres habitables et provoqué famines et exodes, les robots sont devenus une composante essentielle de la vie quotidienne et assurent désormais la plupart des tâches domestiques. Pourtant, le professeur Hobby veut aller encore plus loin en créant le premier androïde sensible : un enfant capable de développer un vaste répertoire d'émotions et de souvenirs. Peu après cette annonce, David, un robot de onze ans, fait son entrée chez Henry et Monica Swinton, un couple dont le jeune fils a été cryogénisé en attendant la découverte d'un remède pour guérir sa grave maladie. Bientôt abandonné par sa mère adoptive, David entame un périlleux voyage à la recherche de son identité et de sa part secrète d'humanité.
En ce début de XXIe siècle, la robotique a fait d'importants progrès. La famille Martin peut ainsi faire l'acquisition d'un robot domestique, le NDR-114, conçu pour effectuer toutes les tâches ménagères. Les enfants réagissent chacun différemment à la présence d'un nouveau venu, surnommé Andrew. Grace, l’aînée, le considère comme une boite de conserve et lui ordonne de sauter du premier étage. Après cet incident, Andrew fait preuve de créativité et développe des sentiments. M. Martin décide de le traiter désormais comme un être humain à part entière.
En 2092, à la poursuite de débris spatiaux et de rêves, quatre marginaux découvrent des secrets explosifs en tentant d'utiliser une humanoïde comme monnaie d'échange.
À la suite d'une catastrophe ayant éradiqué la quasi-totalité de la population, deux hommes et une jeune femme, les seuls survivants connus, se retrouvent intimement impliqués dans un triangle amoureux.
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