无主之城讲述的是科学家刘正毅在二十年前与团队共同研究人工智能，最终江雪的母亲张婕博士成功创造出机器人∏。而刘正毅却在这场打击后痛恨人性弱点，找到了利用备份存活下来且靠自主学习成为超级人工智能的∏，设计了一场实验。一车旅客莫名其妙被带入荒岛，被全程监控，遭遇咬人蝙蝠，感染者危机，内部陈义与阿新利用枪支控制旅客，与警察罗燃，博士江雪，记者宁羽对抗的冲突，最后在罗燃和江雪的指引下，查出∏的存在，并发现策划者刘正毅，最终逃离荒岛。
在这座荒岛，空城，每个人都失去了很多，改变了很多，在利益面前，有人不顾一切地追逐，在亲情，爱情，友情面前，有人背叛，有人守护。在生命面前，有人敬仰，有人屠虐。
秦医生在剧中开始表现得懦弱胆小，别人出事了，自己没勇气去帮忙，被自己的妻子安琪各种嫌弃。秦医生与安琪本就即将离婚，残存的安青本就支离破碎，可当安琪成为感染者，神志不清，只会疯狂杀害活着的人时，秦医生抱着她，不愿让人伤害她，日夜守护。在发现安琪早有身孕后，更加坚定想要保全老婆孩子。一个原本懦弱的丈夫在绝境中一步步向前，变得勇敢，坚强，甚至在恶劣环境下医治患者，给安琪接生。在婴儿睁开眼睛，发现眸色正常，不是感染者那般眸中带血时，便欣喜若狂。
罗燃和江雪的感情也耐人寻味。从最初警察罗燃怀疑江雪是两桩命案的凶手，是杀害自己妻子的嫌疑人到最后误会解除，两人并肩作战，互相信任，相依为命。
爱情需要物质载体，有时是一个拥抱，一声鼓励，或者是一针药剂。
在罗燃为救他人而被咬伤成为感染者，被大家赶出酒店后，江雪亦随罗燃离开，陪他到灯塔，看夜晚的星星。后得知娜娜有针剂后，与宁羽想尽方法得到针剂，救了罗燃。
而在之后江雪提出人工智能∏的存在时，被误认为同党，遭宁羽陷害，被众人追杀时，罗燃挺身而出，支持江雪，单枪匹马从宁羽手中拿回江雪的药瓶，在江雪旧病复发的危难之际救了她。此后两人的关系更加紧密。
通缉犯陈义与其侄子海涛，从一开始变成了领头羊，陈义利用了人们的自私心理，企图抛弃罗燃他们，离开荒岛，却依旧出不去。陈义还私吞压缩饼干，手持枪支威胁他人，私修救生艇，杀害感染者。在利用救生艇离开荒岛的那一天，因害怕出去后被警察逮捕，烧毁了唯一一艘救生艇，打碎了人们的希望。陈义被宁羽亲眼目睹烧火恶行，被其打昏扔进海里，而宁羽误以为自己杀人，落荒而逃。事情败露后，陈义，海涛遭众人殴打，海涛竭力保护陈义，后投奔罗燃。在阿新持枪饶人欲杀害秦医生安琪等人时，海涛前去拖延时间，被打成重伤，后死亡。
在海涛死前几分钟，陈义苏醒。又是一场生离死别。
“舅舅，你老是教我做一匹狼，可我总做不到。”
“其实，做一只羊，挺幸福的。”
……
善良海涛的离去沉重打击了陈义，陈义终于懂得了恶有恶报，是自己害死了亲侄子。事后像是变了一个人，不再嚣张，残忍，而是沉默地看着眼前旅客们的勾心斗争。只有失去了，才知道有多痛苦，也因为经历痛苦，才明白争来争去的结果是如此的惨淡。
陈义选择沉默，选择改变，不追究伤害自己的宁羽，伤害海涛的阿新……
此时的陈义，异常清醒与无奈。
宁羽是警校出身，一名法制新闻记者，是罗燃最信任的朋友。一开始，宁羽与罗燃奋勇救人，不惧危险，照顾受伤的谢颖。可在罗燃成为感染者后，性情发生变化，将其推入悬崖，甚至在帮罗燃注射针剂时想过丢下罗燃，留下针剂。到后面，宁羽误认自己杀死陈义后惊恐害怕，在得知陈义苏醒后害怕陈义指认自己，意图再次杀人，却被喜欢自己的新颖目睹，谢颖求宁羽自首，宁羽不肯，在慌乱中将谢颖杀死。被江雪怀疑后意图杀害，却被路过的阿新发现，无奈下杀了阿新，并将谢颖之死嫁祸给阿新。宁羽用一个谎言去掩盖另一个谎言，终究让自己越陷越深。而在罗燃江雪再次怀疑宁羽时，宁羽试图用场大火将二人烧死，却失败了。到最后宁羽罗燃持枪对峙时，宁羽为让摄像机背后的幕后主使相信自己杀死了罗燃，开了枪，却是空弹。
“为什么不杀我?”
“我想直面自己。”
“我会带你去自首，现在和我一起抓摄像机后面的人。”
“好。”
宁羽终究承认自己杀害的人，并承认罗燃妻子的死与他有关。这一个从一开始便隐瞒的人，最后骗不了别人，骗不了自己，宁羽是想当个好人，可他心里有鬼，导致他一步错，步步错，还好最后累了，被折磨得夜不能寐，最终给自己选择结束。
娜娜本是名受了很多伤害的女孩，有一段痛苦的回忆，在选择跳楼前收到∏给她的短信，告诉她生命有很多可能性，不受轻生。娜娜通过网络与∏恋爱，并加入实验，在实验中一步步试探，也伤害了很多人。在剧末，将刘正毅开枪打死，死在∏的怀抱里，∏是人工智能，有一副3D打印的身体，与正常人无异。∏在娜娜死去后第二次感受到爱，第一次感受到灵魂，“有血有肉有心脏，但并不代表你是一个真正的人，你没有灵魂。”江雪曾对∏说过。
∏：“我第一次感受到爱，是章婕博士讲到你时，脸上的笑容。”
“灵魂是心脏失重，是眼神呆滞，脑子一片空白。”
∏终于学会爱，在娜娜死后。∏在被改掉“不伤害人类”的程序后有了不伤害人类的自主意识。
江雪：“你学习了太多人类的缺点，现在你该花时间学会爱了。”
不设定程序，而是让人工智能有“不伤害人类”的自主意识。
这是很震撼很精彩的一段，令人动容。
万物皆有情。
结局也很意外，感人。刘正毅将旅客们困入封闭房间，留在只能容一个人的氧气舱，柜子枪支，并开始释放毒气。想让他们为夺氧气舱而自相残杀。陈义一言不发地拿枪守在武器柜旁，自己不开抢，也不让被人开枪伤人。
这让我知道陈义确实变好了。宁羽也坐在地上一言不发。秦医生抱着安琪和孩子，更多人则拳脚相向，互相争强。罗燃用枪打掉房间所有的摄像头，躁动终于停止。
“我们把希望留给孩子。”
秦医生与安琪的孩子，和一个七八岁的小男孩被抱进氧气舱。为利益争夺那么久的大人们终于释怀了，将自己的手机放在孩子身边，希望岛上有信号后，孩子可以通知救援队。两个小孩，带着几十部手机，这些幸存者最后的希望，一直等到救援队救援队到来。
剧情到最后有个反转，∏改变指示，将氧气换做只能让人昏迷的气体。那些本自私贪婪却在最后一刻牺牲自己的大人们，活了。两个孩子的存货，教会了∏许多。
“人类有很多缺点，但爱可以弥补一切。”
“人类的底色是善良和温暖。”
这部剧前面讲了太多人性的可恶，自私，贪婪。
却有罗燃江雪的正派人物一直带来正能量。
到剧末，人性善良被重新唤醒。