Nachdem ihn seine Freundin Erica Albright verlassen hat, weil er „einfach ein Arschloch“ sei, entwickelt der US-amerikanische Student Mark Zuckerberg im Jahr 2003 die Idee für eine Website namens FaceMash, auf der die Nutzer jeweils Bilder zweier Frauen präsentiert bekommen und per Mausklick deren Attraktivität vergleichen und bewerten können. Den Algorithmus für den Bildervergleich liefert ihm sein bester Freund und Kommilitone Eduardo Saverin. Um an das entsprechende Bildmaterial für die Website zu kommen, hackt sich Zuckerberg in die Datenbanken aller Wohnheime der Harvard University, stiehlt aus den Online-Jahrbüchern der Fakultäten digitale Fotos der Studentinnen und stellt die Bilder online.

In einer nahen Zukunft lebt Theodore Twombly, ein eher introvertierter und schüchterner Mann. Beruflich nutzt er seine Empathie, indem er in Auftragsarbeit Briefe für Menschen schreibt, denen es schwerfällt, ihre Gefühle dem Gegenüber verständlich zu machen. Dadurch offenbart er seinen Auftraggebern deren eigene Gefühle, die sie selbst nicht wahrzunehmen in der Lage sind. In privater Hinsicht geht es Theodore nicht gut, und seine Gefühlswelt bereitet ihm große Probleme. Die Trennung und bevorstehende Scheidung von seiner Jugendliebe Catherine belasten ihn. Zur Ablenkung besorgt er sich ein neues und intensiv beworbenes Betriebssystem, das sich mit weiblicher Identität und angenehmer Stimme auf seinem Rechner installiert. Über Headset und Videokamera kommuniziert er bald mit Samantha, wie sich das System selber benennt.