Século XXV. A humanidade vive abaixo da superfície da Terra, em uma sociedade onde os robôs são a força policial e as pessoas se divertem através da TV holográfica. Todas as pessoas tomam drogas diariamente, de forma a controlar as emoções e manter a paz. Além disto, o sexo é proibido por lei. Um dia o trabalhador THX 1138 (Robert Duvall) resolve parar de tomar suas drogas. Ele se apaixona por LUH 3417 (Maggie McOmie), sua colega de quarto, que engravida dele. Ao serem descobertos são enviados à prisão. Lá THX conhece o programador SEN 5241, que o ajuda a escapar. Ele parte então em busca de LUH, para que possam chegar à superfície do planeta.
