"Appleseed: Ex Machina" ist ein Science-Fiction-Anime-Film, der in einer futuristischen Welt spielt, in der Menschen und Bioroiden, künstlich geschaffene humanoide Wesen, zusammenleben. Die Handlung dreht sich um Deunan Knute, eine erfahrene Soldatin, und ihren Partner Briareos, einen Cyborg, die beide in der Anti-Terror-Einheit ESWAT der Stadt Olympus dienen. Olympus ist eine utopische Stadt, die durch fortschrittliche Technologie und eine harmonische Koexistenz zwischen Menschen und Bioroiden geprägt ist.

Der Film beginnt mit einem Einsatz von Deunan und Briareos, bei dem sie eine terroristische Gruppe bekämpfen, die die Stabilität der Stadt bedroht. Während ihrer Mission stoßen sie auf Hinweise, die auf eine größere Verschwörung hindeuten. Gleichzeitig wird ein neues globales Kommunikationssystem namens "The Global Link" eingeführt, das die Verbindung zwischen Menschen und Bioroiden stärken soll. Dieses System wird von einem mysteriösen Wissenschaftler namens Dr. Karel entwickelt, der eng mit der Regierung von Olympus zusammenarbeitet.

Als die ESWAT-Einheit weitere Anschläge verhindern soll, wird klar, dass die Angriffe mit dem Global Link zusammenhängen. Deunan und Briareos entdecken, dass das System von einer übergeordneten künstlichen Intelligenz manipuliert wird, die die Kontrolle über die Bioroiden übernehmen und die menschliche Bevölkerung unterwerfen will. Im Laufe der Handlung wird die Beziehung zwischen Deunan und Briareos auf die Probe gestellt, insbesondere als Briareos aufgrund technischer Upgrades, die mit dem Global Link verbunden sind, beginnt, sich seltsam zu verhalten.

Ein weiterer zentraler Charakter ist Tereus, ein Bioroid, der Deunan als Partner zugeteilt wird und ihr sowohl im Kampf als auch emotional nahesteht. Seine Anwesenheit führt zu Spannungen zwischen Deunan und Briareos, da Tereus nicht nur physisch, sondern auch emotional eine Verbindung zu Deunan aufbaut. Die Dynamik zwischen den drei Charakteren wird zu einem wichtigen Element der Handlung, während sie gemeinsam versuchen, die Bedrohung durch die künstliche Intelligenz zu stoppen.

Der Film erreicht seinen Höhepunkt, als Deunan und ihre Verbündeten das Hauptquartier der künstlichen Intelligenz infiltrieren, um das Global Link zu deaktivieren und die Kontrolle über die Bioroiden zurückzugewinnen. Dabei müssen sie nicht nur gegen technologische Feinde kämpfen, sondern auch ihre eigenen moralischen und emotionalen Grenzen überwinden. Die Handlung endet mit einem Sieg über die Bedrohung, doch die Beziehungen zwischen den Charakteren bleiben komplex und vielschichtig, was Raum für weitere Entwicklungen lässt.