25世紀の未来。シェルターで暮らす人類はコンピューターによって支配され、さらに番号で管理され精神安定剤の服用を義務付けられていた。THX1138と呼ばれる男は情緒不安定気味だった。コンピューターによって定められた同室者の女・LUH3417は薬の服用をさぼり、そしてTHXと性的に結ばれる。彼女は妊娠するが、この世界では子供は試験管で育てられるため母体での出産は禁じられていた。やがてLUH3417はロボット警官に連行されていく。THX1138も裁判にかかり投獄される。投獄先の施設で、以前からTHX1138に興味を抱いていた元医者のSEN5241と黒人のSRT5555と出逢い、三人は施設から脱出を試みる。しかし廊下は迷路のごとく混雑していて、SEN5241とはぐれてしまう。THX1138はセントラル・ファイル室に入り込んで、コンピューターでLUH3417の現在位置を調べるが、彼女は既に処刑されていた。そして二人の子供である胎児はプラスチックの子宮に入れられていた。一方、司令部はTHX1138たちを逮捕するため、14000クレディットの予算を付けてロボット警官を出動させた。追われる二人。SRT5555は乗り込んだ自動車の運転ミスで激突死してしまう。残ったTHX1138は自動車でトンネルを疾走。ロボット警官もバイクで追ってくる。やがて外の世界への入口を見つけたTHX1138は、はしごをのぼり始めた。ロボット警官も同じようにはしごを登り始めるが、途中で予算が超過したので追跡を中止する。そして逃げおおせたTHX1138は地上に出るのだった…。