ごく普通の平凡な女性ルーシーは、訪れた台北のホテルでマフィアの闇取引に巻き込まれ、下腹部にCPH4という新種の麻薬が入った袋を埋め込まれてしまう。この麻薬は通常10%までしか活用できない人間の脳の潜在能力を極限まで高めることができる恐ろしいものだった。運び屋として体内の麻薬と共に移動するよう命じられたルーシーだったが、麻薬を狙うマフィアに捕まってしまう。ルーシーは激しい拷問を受けるが、その拍子に体内の袋が破れ、彼女の脳は麻薬の力で覚醒し、超人的な力を発揮してその場から脱出する。

西暦2740年。宇宙を守る任務を帯びたエージェントのヴァレリアンとローレリーヌは、星から星へと飛び回り、あらゆる種族が共存する“千の惑星都市・アルファ”へ派遣される。しかし、その深部には謎の放射線反応が見られ、“アルファ”は滅亡の危機にあった。「10時間以内にその原因を究明せよ」という極秘ミッションを託された2人の前に突如現れたのは、30年前に消えたはずの惑星の住人たちだった。

大女優として知られるマリア（ジュリエット・ビノシュ）は、忠実なマネージャーのヴァレンティーヌ（クリステン・スチュワート）とともに、二人三脚で日々の仕事に挑んでいた。そんななか、マリアはかつて自身が世間に認められるきっかけとなった作品のリメイクをオファーされる。しかし、その役柄は彼女が演じた若き美女シグリッド役ではなく、彼女に翻弄される中年の上司、ヘレナ役。若い主人公の配役は、すでにハリウッドの大作映画で活躍する若手女優のジョアン（クロエ・グレース・モレッツ）に決定していた…