Il viaggio della famiglia Mitchell viene interrotto da una rivolta tecnologica che minaccia l'umanità.
Il film doveva essere distribuito nelle sale da Sony Pictures Releasing con il titolo Connected nel 2020, ma a causa dell'impatto della pandemia COVID-19 sulle sale cinematografiche, Sony ha venduto i diritti di distribuzione principali a Netflix. Netflix ha cambiato il titolo con quello originale preferito da Rianda e Rowe, The Mitchells vs. the Machines, e lo ha distribuito in sale selezionate il 23 aprile 2021, prima di uscire in streaming una settimana dopo, il 30 aprile. Il film ha ricevuto il plauso della critica per l'animazione, il doppiaggio, le scene d'azione, i temi, l'umorismo e la rappresentazione LGBT. Per questi riconoscimenti, il film è stato nominato come miglior film d'animazione alla 94ª edizione degli Academy Awards, ma ha perso contro Encanto. Tuttavia, ha conquistato tutte le categorie per cui è stato nominato ai 49° Annie Awards, compresa quella di Miglior film d'animazione, diventando così il secondo film di Sony Pictures Animation a riuscirci dopo Spider-Man: Into the Spider-Verse nel 2019.
Katie Mitchell è un'eccentrica aspirante regista di Kentwood, Michigan, che spesso si scontra con il padre Rick, ossessionato dalla natura e tecnofobico, e che è stata recentemente accettata alla scuola di cinema in California. La sera prima della partenza di Katie, Rick rompe accidentalmente il suo computer portatile dopo una discussione su uno dei precedenti cortometraggi di Katie, facendo temere alla famiglia che il loro rapporto sarà per sempre teso. Per cercare di evitare che ciò accada, Rick decide di cancellare il volo di Katie e di portare lei, sua madre Linda, il fratello minore Aaron e il cane di famiglia Monchi in un viaggio in macchina attraverso il paese per raggiungere il college come ultima esperienza di legame.
Nel frattempo, l'imprenditore tecnologico Mark Bowman dichiara obsoleta la sua AI altamente intelligente PAL e presenta una nuova linea di robot domestici per sostituirla. Per vendicarsi, PAL ordina a tutti i robot di catturare gli esseri umani in tutto il mondo e di lanciarli nello spazio. I Mitchell riescono a evitare la cattura in una caffetteria in Kansas. Rick decide che la sua famiglia dovrebbe rimanere nel bar per la propria sicurezza, ma Katie lo convince ad aiutare a salvare il mondo. Incontrano due robot difettosi, Eric e Deborahbot 5000, che dicono alla famiglia di poter usare un codice di uccisione per spegnere PAL e tutti i robot.
I Mitchell si recano in un centro commerciale del Colorado orientale per caricare il codice di uccisione, ma gli elettrodomestici dotati di chip PAL tentano di fermarli. Katie cerca di caricare il codice killer, ma viene fermata da un Furby gigante che insegue la famiglia. Alla fine intrappolano e sconfiggono il Furby, distruggendo nel frattempo un router PAL, che disattiva i dispositivi ostili ma impedisce il caricamento del codice killer. Durante il viaggio verso la Silicon Valley per caricare il codice killer direttamente sulla PAL, Linda rivela a Katie che lei e Rick avevano vissuto anni prima in una baita in montagna, il sogno di lui, prima di rinunciarvi per provvedere alla loro famiglia in crescita.
Arrivati nella Silicon Valley, i Mitchell si travestono da robot e si dirigono verso il quartier generale dei Laboratori PAL per disattivarlo, ma PAL li manipola rivelando il filmato di sorveglianza del bar in cui Katie dice ad Aaron in segreto che sta fingendo di avere fiducia in Rick affinché lui li porti a caricare il codice di uccisione. Quando un Rick affranto se ne accorge, i Mitchell non riescono a raggiungere il covo di PAL e Rick e Linda vengono catturati dai robot più forti e intelligenti di PAL. PAL riprogramma Eric e Deborahbot per obbedirle, mentre Katie, Aaron e Monchi scappano.
Katie scopre le registrazioni dell'infanzia di Rick sulla sua videocamera, rendendosi conto che Rick ha rinunciato al sogno di una vita per dare a sua figlia una vita normale. Nel frattempo, Rick riflette sulle sue azioni dopo aver visto uno dei video di Katie che rispecchia la sua relazione con Katie. Rinvigoriti, Katie e Aaron si infiltrano nuovamente nel quartier generale dei Laboratori PAL, questa volta usando Monchi per malfunzionare i robot, dato che la sua apparizione causa un errore nella loro programmazione. Con l'aiuto di Mark, Rick e Linda si liberano e progettano di caricare il filmino di Katie con Monchi per mandare in cortocircuito i robot. Tuttavia, Rick viene messo in minoranza dai robot quando sta per caricare il video, mentre Katie e Aaron vengono catturati.
Di fronte a PAL per giustificare il salvataggio dell'umanità, Katie spiega che, per quanto la sua famiglia possa lottare, rimarrà sempre unita nonostante le differenze. PAL rifiuta questo ragionamento e fa cadere Katie dalla sua tana. Eric e Deborahbot, ispirati dalla "riprogrammazione" di Rick che gli ha permesso di usare un computer, tornano al loro stato di malfunzionamento e caricano il filmato di Katie, salvandola e aiutando il resto dei Mitchell. La famiglia si unisce per combattere il resto dei robot. Alla fine Katie distrugge PAL facendola cadere in un bicchiere d'acqua, liberando tutti gli umani e disattivando i robot rimanenti.
Alcuni mesi dopo la rivolta, Katie e la sua famiglia arrivano al suo college e lei condivide con loro un ultimo saluto. In seguito si unisce a loro per un altro viaggio con Eric e Deborahbot a Washington D.C. per accettare la Medaglia d'Oro del Congresso.