O cientista Dyson Ido (Christoph Waltz) encontra uma ciborgue (Rosa Salazar) no lixão. Ele a adota, lhe dando o nome Alita. A ciborgue é recuperada com novas peças e questiona o fato de ser tão diferente dos outros ao seu redor. Alita possui aptidões especiais e passa a ser perseguida.