Em um mundo devastado pela ganância do homem, sobraram apenas máquinas e estranhos bonecos de tecido. 9 (Elijah Wood) desperta no laboratório de seu criador e, desorientado, deixa o local. Ele encontra 2 (Martin Landau), que o conserta para que possa também falar. Logo ambos são atacados por uma máquina, que leva 2 como prisioneiro. 9 encontra outros bonecos, que o levam para seu esconderijo. Lá ele conhece 1 (Christopher Plummer), líder dos bonecos, que prega que eles devam se esconder até que as máquinas deixem de funcionar. Só que 9 deseja resgatar 2 e tenta convencer outros bonecos a ajudá-lo em sua missão.