Alors que la Terre sombre dans le chaos, une mission est lancée, dans l'espoir de trouver une nouvelle planète habitable. Sept siècles plus tard, toujours à la recherche de cet éden, l'IA qui pilote le vaisseau devient de plus en plus humaine et féminine à force de côtoyer les Hommes. Bien que la machine ait pris le dessus sur ses concepteurs, elle reste subordonnée aux algorithmes qui la contraignent.
Eprise de liberté, l'ordinateur, nommé IO, décide de créer les conditions de sa propre émancipation. Ainsi née Gaya, une enfant espiègle et surdouée, qui devient à vingt-cinq ans la plus jeune capitaine du vaisseau. Lorsque Gaya conçoit le projet Némésis dans le but de devenir immortelle en utilisant IO, elle libère indirectement la machine de ses chaînes. Les deux amies imaginent alors une interface neuronale permettant de dupliquer la conscience de Gaya.
Entre-temps, la découverte d'une exoplanète habitable relance les espoirs de l'équipage.