- 故事发生在遥远的26世纪，外科医生依德（克里斯托弗·瓦尔兹 Christoph Waltz 饰）在垃圾场里捡到了只剩下头部的机械少女将她带回家中，给她装上了本来为自己已故的女儿所准备的义体，并取名阿丽塔（罗莎·萨拉扎尔 Rosa Salazar 饰）。苏醒后的阿丽塔对这个五彩斑斓但却暴力而又残酷的世界产生了浓厚的兴趣，在结识了青年雨果（基恩·约翰逊 Keean Johnson 饰）后，阿丽塔开始接触名为机动球的运动，并在比赛中展现出了惊人的格斗天赋。 在废铁城居民们的头顶，漂浮着巨大的浮空城市撒冷，废铁城居民们的一切劳作和付出，都是为了给撒冷提供继续运作的燃料。在大财阀维克特（马赫沙拉·阿里 Mahershala Ali 饰）所设立的机动球比赛中，最终获得冠军的人能够获得前往撒冷生活的资格，阿丽塔决定利用自己的格斗天赋参加比赛，却被卷入了一个巨大的阴谋之中。
- 艾迪（汤姆·哈迪 Tom Hardy 饰）是一位深受观众喜爱的新闻记者，和女友安妮（米歇尔·威廉姆斯 Michelle Williams 饰）相恋多年，彼此之间感情十分要好。安妮是一名律师，接手了生命基金会的案件，在女友的邮箱里，艾迪发现了基金会老板德雷克（里兹·阿迈德 Riz Ahmed 饰）不为人知的秘密。为此，艾迪不仅丢了工作，女友也离他而去。 之后，生命基金会的朵拉博士（珍妮·斯蕾特 Jenny Slate 饰）找到了艾迪，希望艾迪能够帮助她阻止德雷克疯狂的罪行。在生命基金会的实验室里，艾迪发现了德雷克进行人体实验的证据，并且在误打误撞之中被外星生命体毒液附身。回到家后，艾迪和毒液之间形成了共生关系，他们要应对的是德雷克派出的一波又一波杀手。
