Действие фильма происходит в XXIV веке. Главная героиня Алита приходит в сознание в лаборатории киборг-врача доктора Идо, который подобрал её на свалке Железного города. Все её воспоминания утрачены, поэтому героиня снова учится жить. Доктор Идо, несмотря на то, что помогает Алите восстановиться, также пытается оградить её от загадочного прошлого, пока её друг не предлагает девушке вернуть воспоминания.