時は25世紀、コンピューターが支配する地下世界。機械的管理のもと、人類は登録番号で呼ばれながらさまざまな作業に従事していた。そんな中、そこで暮らす「THX1138」と女性のルームメイト「LUH3417」は精神抑制剤の投与をしない日々を続けてしまい、次第に「人を愛する感情」を覚え始める。そしてその世界で禁止されている肉体関係を交わしてしまう。薬の未投与のおかげで毎日の作業にも支障をきたしはじめ、その事を知ったコンピューターはTHXを投獄。裁判にかけようとする。