In un mondo futuro, retto dai computer e da un'autorità astratta e irraggiungibile, uomini e donne non sono più che automi programmati per produrre e consumare. Senza più nome (hanno solo un numero di matricola), rasati e vestiti di tuniche bianche, vivono sottoterra sorvegliati da robot poliziotti. Ogni distinzione di sesso è stata abolita come nemica della felicità, e nemici da annientare sono l'amore, il pensiero, l'individualità. Malgrado i mille controlli ideati per sopprimere sul nascere sentimenti e germi del pensiero, l'immatricolato THX 1138 e la sua compagna LUH 3417 si riscoprono umani, attratti l'uno verso l'altra. Fulmineo scatta allora il meccanismo repressivo.

Il film, totalmente ambientato sottoterra, venne girato quasi completamente nei grandi spazi del Marine County Civic Center, il più vasto degli edifici realizzati da Wright e in gran parte costruito dopo la morte dell'architetto avvenuta nel 1959.