La escena inicial de Pobres Criaturas nos muestra a una mujer embarazada que cae en un río y se ahoga. El Doctor Godwin Baxter (Willem Dafoe), un científico brillante y decididamente ortodoxo, la "salva" trasplantando el cerebro del bebé que llevaba en su vientre. Desde entonces, la ha mantenido como su protegida, estudiando la progresión de su inteligencia.

La búsqueda de identidad de Bella

Bella es, en todos los aspectos, una pobre criatura. Madre e hija de sí misma, siempre deambula pesada y torpemente en la pantalla en busca de una nueva autoconciencia, un nuevo lugar en el mundo.

La intención poética del director lleva a la protagonista a adquirir una forma moderna de libre albedrío, pero es evidente que el poder de autodeterminación siempre y por naturaleza tiene un lado oscuro. Nacida deshumanizada y renacida deshumanizada, para ser completamente libre, Bella se verá obligada a enfrentar sus orígenes antes que nada.

Godwin contrata a uno de sus alumnos como asistente, Max McCandles, para que le ayude con el estudio, quien se enamora de Bella.

La aventura y la libertad de Bella

Revivida y ansiosa por explorar, mejorar y aprender, Bella decide escapar junto con Duncan Wedderburn (Mark Ruffalo), un abogado conocido no solo por su destreza en la profesión, sino también por su libertinaje. Juntos viajan a Lisboa, donde ve cosas nuevas, conoce gente nueva y desarrolla su libertad sexual.

La creciente inteligencia y voluntad libre de Bella se vuelven demasiado para que Duncan pueda sentir que tiene el control. Ambos se suben un crucero, donde Bella conoce a un pasajero llamado Harry, quien le muestra que el mundo puede ser más cruel de lo que ella cree. Después de que ella dona el dinero de Duncan, los dos son expulsados del barco y terminan en París arruinados.

La lucha por la emancipación

Los dos viven una aventura abrumadora por el continente, pero Bella, ahora totalmente libre de cualquier juicio, límite o imposición de la "buena sociedad", está cada vez más decidida a defender toda forma de desigualdad y emancipación.

En París, Bella se convierte en prostituta para ganar fondos y tener un lugar donde quedarse. Ella se hace amiga de otra prostituta, Toinette, y Duncan sufre una crisis al saber lo que Bella ha estado haciendo.

El Regreso y la liberación de Bella

Godwin, quien ha tenido menos suerte replicando su experimento en otra mujer, Felicity, repentinamente cae enfermo y envía a Max a buscar a Bella.

Después de que ella regrese a casa, Bella y Max planean casarse, pero son interrumpidos en la iglesia por el General Alfie Blessington.

La protagonista decide saciar su sed de conocimiento una vez más por todas volviendo a los brazos de Alfie Blessington (Christopher Abbott), un hombre violento que, en su vida anterior, había sido su esposo cuando vivía como Victoria.

"Estabas feliz conmigo", le dice Alfie. "¿Tan feliz como para lanzarme desde un puente?", responde Bella.

Alfie hace que Bella regrese con él, haciéndole darse cuenta de que se suicidó porque estar casada con él era horrible. Después de escuchar una conversación en la que Alfie ordena al médico mutilarla genitalmente para erradicar su sexualidad emancipada, Bella se rebela contra él, dispara en un pie y hace que quede inconsciente por su propio cóctel de cloroformo, así logra escapar.

En este punto, Bella regresa a la mansión del Dr. Godwin Baxter, a quien ha perdonado los experimentos realizados y con quien comparte un fuerte afecto mutuo de padre e hija.

Godwin fallece, y Bella continúa su investigación con ayuda de Max, mientras el cerebro de Alfie es cambiado por el de una cabra.

Se instala en la casa de Baxter junto con Max, con su amiga francesa Toinette, la criada, la sui generis "cabra" y Felicity (Margaret Qualley), la última creación-experimento del científico antes de morir. Finalmente libre, Bella decide convertirse en doctora.