Alita (Rosa Salazar) budzi się, nie wiedząc, kim jest w obcym jej świecie przyszłości. Trafia pod opiekę Ido (Christoph Waltz), empatycznego cyberfizyka, który wyczuwa, iż głęboko w rdzeniu tego porzuconego cyborga kryje się serce i dusza młodej dziewczyny z niezwykłą przeszłością. Podczas gdy Alita poznaje swoje nowe życie oraz niebezpieczne ulice Miasta złomu, Ido próbuje chronić ją przed jej tajemniczą przeszłością. Natomiast jej nowy przyjaciel Hugo (Keean Johnson), który doskonale porusza się po mieście, chce pomóc jej odzyskać wspomnienia. Jednak dopiero gdy śmiertelnie niebezpieczne i skorumpowane siły, rządzące miastem pod wodzą Vectora (Mahershala Ali), zaczynają ścigać Ido i Alitę, dziewczyna odkrywa wskazówkę dotyczącą jej przeszłości. Okazuje się, iż ukrywa w sobie niezwykłe zdolności do walki, które elity będą chciały za wszelką cenę ujarzmić. Jeśli uda jej się umknąć przed ich szponami, może być kluczem do ocalenia przyjaciół, rodziny i świata, który zdążyła już pokochać.