Will Rodman (James Franco) è uno scienziato che lavora in una grande società farmaceutica, la Gen-Sys, dove svolge ricerche sulla genetica per sviluppare un virus benigno in grado di ricostituire il tessuto cerebrale danneggiato. L'uomo vuole individuare una cura per l'Alzheimer, malattia da cui è affetto il padre Charles (John Lithgow). Poco prima che la Gen-Sys dia inizio alla sperimentazione umana di un nuovo farmaco promettente e potenzialmente molto redditizio, l'ALZ-112, le scimmie sulle quali Will sta effettuando i test mostrano all'improvviso un comportamento insolitamente aggressivo. Viene così decretato l'esito negativo della ricerca e Will deve interrompere il programma. Nella confusione che segue l'improvvisa interruzione dello studio, Will si trova a dover accudire un neonato di scimpanzé, un maschio, figlio orfano del primate più promettente della sperimentazione. Il giovane scimpanzé, destinato alla grandezza, si chiama Caesar. Will alleva in segreto il giovane Caesar, come se fosse suo, a casa, mentre si occupa del padre malato. Essendo stato esposto all'ALZ-112 quando si trovava nell'utero materno, il giovane Caesar dimostra un'intelligenza e alcuni comportamenti insoliti per una scimmia di qualunque età. Ispirato dall'osservazione delle doti inaspettate di Caesar, Will si procura in modo clandestino alcuni campioni di ALZ-112 dalla Gen-Sys e, a dispetto del buon senso, porta avanti a casa la sua ricerca, usando il padre e Caesar come soggetti di sperimentazione. Nel tempo, con l'aiuto del farmaco, lo scimpanzé dà prova di un'intelligenza e di doti cognitive incredibili. Nel frattempo, i sintomi dell'Alzheimer che ha colpito Charles segnano una miracolosa remissione. I risultati dei test che Will ha condotto in segreto, trasgredendo al protocollo della sperimentazione in laboratorio, sembrano andare al di là delle sue speranze. Ma, come il giovane scienziato capisce rapidamente, i traguardi raggiunti sono destinati a far precipitare lui e l'intera razza umana verso il disastro…