Num futuro distante, a engenheira Ava Turing é um dos vários membros de uma equipa de investigação enviada através da Agência Espacial Internacional (ISA) para escavar a lua de Júpiter, Europa. Enquanto Ava permanece em sono criogênico, os outros membros da equipe são acordados e viajam para a lua para estabelecer sua base e começar a conduzir seus estudos, com Ava programada para acordar assim que a base estiver concluída. Algum tempo depois, Ava é acordada pela Máquina de Operações Técnicas (TOM), uma inteligência artificial que monitora o projeto. TOM. diz a Ava que seus companheiros de tripulação estão em perigo e ela precisa ir até lá para ajudá-los. Ela rapidamente parte em um módulo de pouso e entra na base em Europa. TOM. rapidamente reconhece que a configuração interna da base mudou em relação aos seus registros, pelo que para progredir ainda mais no complexo, Ava deve completar vários testes (concebidos como os quebra-cabeças do jogo).
À medida que Ava se aprofunda no complexo, T.O.M. determina que alguns dos membros da equipe já estão mortos e outros precisam de ajuda, incentivando Ava a agir mais rápido. À medida que os testes ficam mais difíceis, T.O.M. percebe que estes são projetados para serem resolvidos por uma combinação de inteligência humana e artificial, de maneira semelhante à do teste de Turing real.
Eles entram em uma área onde um dos membros restantes da tripulação, Sarah, avisa Ava pelos sistemas de comunicação que ela está na verdade sendo controlada por T.O.M. devido a um chip especial implantado em sua mão quando partiram para a missão. Sarah direciona Ava para uma jaula de Faraday, que libera temporariamente Ava do controle de T.O.M. No entanto, T.O.M. consegue convencer Ava de que os dois precisam continuar trabalhando juntos para salvar seus colegas. Embora irritado com a intrusão de T.O.M. em seu corpo, Ava continua em frente.
TOM. eventualmente revela que a equipe terrestre de Europa encontrou um microrganismo nas profundezas da lua que poderia ser usado para regenerar infinitamente o DNA; isso poderia potencialmente tornar os humanos imortais, mas também regenerar infinitamente bactérias e vírus. Quando a ISA soube desta descoberta, ordenou que T.O.M. para tomar todas as ações necessárias para garantir que a equipe Europa nunca pudesse retornar à Terra, inicialmente tomando ações como tentar matá-los de fome ou trancá-los fora da base, mas eventualmente usando implantes de chips manuais para controlá-los. A tripulação de superfície percebeu que estava sendo controlada, e aqueles que não morreram devido às ações de T.O.M. encontraram uma maneira de livrar o chip de seus corpos, inclusive em um caso cortando todo o braço. Sem possibilidade de controlar a tripulação da Europa, a ISA ordenou que T.O.M. acordar Ava e mandá-la impedir que os outros retornem.
Eventualmente completando o último dos testes montados pela tripulação de superfície, Ava encontra Sarah pessoalmente, e ela se oferece para remover o chip de mão de Ava; Ava concorda. Os dois percebem que a única maneira de sair da Europa é impedir T.O.M. e eles começam a desabilitar seus bancos de dados. Neste ponto, o jogador assume o controle de T.O.M. e uma de suas armas sentinela, que eles podem usar para matar Sarah e Ava, garantindo que o organismo nunca sairá de Europa, ou não fazer nada, eventualmente levando ao fim de T.O.M. e permitindo que Ava e Sarah escapassem.
O Teste de Turing é um quebra-cabeças em primeira pessoa que explora os fenômenos da consciência e desafia o significado da intuição humana. Assuma o controle de Ava Turing, uma engenheira da Agência Espacial Internacional (ISA), e progrida através de uma história narrada de introspecção e moralidade enquanto descobre os mistérios ocultos de Europa.