在2067年，地球濒临崩溃。在破坏环境和气候多年之后，人类付出了可怕的代价：森林，植物和野生动植物消失了，由于可用氧气的急剧减少，人类很快也将灭亡。在这个灰暗的，垂死的世界中，人们通过口罩呼吸的合成的氧气生活，但是即使这样，也越来越多的人开始不适并且生病。在没有治愈方法的情况下，人类唯一可以的希望就是未来，希望在未来还人还活着并可以告诉他们如何拯救地球。这个时候全球领先的氧气供应商Chronicorp公司率先开展了这个研究项目。有一天，他们会收到来自未来400年的消息：“发送Ethan Whyte”。
几十年来，科学家们一直在推测木卫二可能是除地球之外，太阳系中唯一一个有大量液态水存在的地方。因为木卫二的表面照片与地球海洋上的冰的照片相似，冰壳上布满了各种陨石撞击留下的坑坑洼洼，不少科学家推测，在木卫二的冰壳之下或许有着太阳系中最大的液态水海洋，海洋下面可能存在着有单细胞生命。而这一“生命可能”的理论正是电影《欧罗巴报告》的核心。
效力于某知名搜索引擎公司的程序员加利·史密斯（多姆纳尔·格利森 Domhnall Gleeson 饰）幸运地抽中老板纳森（奥斯卡?伊萨克 Oscar Isaac 饰）所开出的大奖，他将受邀前往位于深山的别墅中和老板共度假期。在与世隔绝的别墅中，纳森亲切地接待了这位员工。 事实上他邀请加利到来还有另一个目的，那就是协助他完成其所开发的智能机器人的测试。天才一般的纳森研制了具有独立思考能力的智能机器人伊娃（艾丽西亚·维坎德 Alicia Vikander 饰），为了确认她是否具有独立思考的能力，他希望加利能为伊娃进行著名的“图灵测试”。似乎从第一眼开始，加利便为这台有着宛如人类般姣好容颜的机器人所吸引。 在随后的交流中，他所面对的似乎不是冷冰冰的机器，而更像是一个被无辜囚禁起来的可怜少女……
