Dans un avenir pas si lointain, les humains et l’intelligence artificielle vivent côte à côte. Alex (Daniel Brühl) est ingénieur cybernéticien, spécialisé dans la programmation des émotions. Lorsqu’il revient dans sa ville natale après dix ans d'absence, il revoit son amour de jeunesse, Lana, et sa fille, Eva, une enfant charismatique et pleine de surprises. Une complicité s’installe entre Eva et Alex, qui décide d'utiliser cette dernière comme modèle pour son futur androïde. S’il peut sembler incongru de choisir La Chaux-de-Fonds comme décor pour une superproduction espagnole, c’est oublier que le Jura a été une région pionnière en matière de technologie des automates. «Eva» est également un petit voyage dans le temps en ce qui concerne l'intelligence artificielle. Les excursions dans le massif calcaire jurassien sont imprévisibles - aussi bien pour les humains que pour les robots.