La NASA s'attelle à la construction d'une nouvelle sonde spatiale, constituant une énorme avancée technologique. Le projet K consiste à l'envoyer explorer la mer de Kraken, la plus large étendue d'eau de Titan, l'une des lunes de Saturne. Mais cette zone susceptible d'accueillir des extraterrestres est dangereuse et instable. La sonde doit donc être pilotée par une intelligence artificielle appelée Dorothy, conçue par la scientifique Melissa Shepherd.
Des erreurs de calcul survenant durant les phases de test, la sonde parvient à s'échapper dans les méandres d'Internet. L'ancien agent de la CIA Wyman Ford est alors appelé pour aider Melissa à traquer cette "intelligence" rebelle. A peine retrouvée, l'un et l'autre prennent conscience que la Toile a totalement dénaturé Dorothy, et l'avenir de l'humanité pourrait bien en être changé.