In einer nicht näher bestimmten Zukunft leben die Menschen unter der Erde und werden durch Zwangsmedikation reguliert, wodurch ihre Effektivität gesteigert wird. Die emotional unterdrückten Einheiten, die anstatt Namen nur ein dreistelliges Präfix gefolgt von einer Nummer haben, arbeiten und leben unter strengster Bewachung und werden bei Medikamentenverweigerung und sexuellen Handlungen bestraft. LUH 3417 (Maggie McOmie) und THX 1138 (Robert Duvall) teilen eine Wohneinheit in der unterirdischen Anlage. Beide fühlen sich verloren und unzufrieden. Als LUH 3417, die unter Verdacht steht, ihre Medikamente abgesetzt zu haben, ihren Mitbewohner während der Arbeit beobachtet, kommt es zu einer kleinen nuklearen Explosion. Zu Hause angekommen tauscht sie seine Medikamente aus. Das Absetzen der Psychopharmaka bringt THX 1138s inneren Haushalt durcheinander. Er findet Trost in den Armen von LUH 3417 und sie schlafen miteinander. Während die beiden zum ersten Mal ihre natürlichen Gefühle entdecken und beginnen, alles zu hinterfragen, sind die Wächter der Untergrundeinheit ihnen schon auf den Fersen.