Il film è ambientato in un futuro distopico dove i bambini vengono geneticamente programmati per garantire loro il miglior corredo genetico possibile. Vincent Freeman (Ethan Hawke) nasce in modo naturale e con numerose predisposizioni genetiche negative, il che lo relega a una vita di limitate opportunità. Tuttavia, Vincent sogna di diventare un astronauta e di lavorare per Gattaca, una prestigiosa istituzione spaziale.

Per realizzare il suo sogno, Vincent assume l'identità di Jerome Eugene Morrow (Jude Law), un "valido" geneticamente perfetto che ha subito un incidente che lo ha reso paralizzato. Con l'aiuto di Jerome, Vincent riesce a ingannare il sistema e ottenere un posto a Gattaca. Tuttavia, quando un direttore di Gattaca viene assassinato, Vincent diventa il principale sospettato e deve evitare di essere scoperto, mentre una relazione romantica con la collega Irene Cassini (Uma Thurman) complica ulteriormente la sua situazione.
Il film esplora il concetto di eugenetica e le implicazioni morali e sociali della manipolazione genetica, mette in discussione se il destino di una persona sia predeterminato dal proprio corredo genetico o se la volontà e la determinazione possano superare queste limitazioni.