En el futuro, la mayor parte de los niños son concebidos in vitro y con técnicas de selección genética. Vincent (Ethan Hawke) es uno de los últimos niños concebidos de modo natural, pero nace con una deficiencia cardíaca por la cual no le otorgan más de treinta años de vida. Es un “no válido”, alguien condenado a ocupar los puestos menos gratos de la sociedad.

Por el contrario, su hermano Anton recibe lo mejor de la carga genética de sus padres, lo cual le garantizará el acceso a infinidad de oportunidades. Desde niño, Vincent sueña con ir al espacio pero, por su condición de no válido, es consciente de que nunca podrá ser elegido haga lo que haga. Durante años ejerce toda clase de trabajos hasta que un día contacta con un hombre que le proporciona la llave para pasar a la élite: adoptar la identidad de Jerome, un deportista válido que se quedó paralítico por culpa de un accidente.

Así Vincent podrá acceder a la Corporación Gattaca, una industria aeroespacial donde es seleccionado para una misión a Titán...