第1章 機械学習革命 機械学習の目的を述べ、実世界に機械学習が与える影響を紹介。まず、計算機科学のアルゴリズム、プログラム、複雑性などの概念を説明し、「機械学習とはアルゴリズム自体を創るアルゴリズムである」ことを解説。ビジネス、科学、政治、安全保障の各分野で機械学習がどのように使われているか、その重要性にも言及する。 第2章 マスターアルゴリズム 現状の機械学習の問題点を克服した「マスターアルゴリズム」を開発するという本書の道筋を提示。マスターアルゴリズムが存在する根拠を、神経科学、進化生物学、物理学、統計学、および計算機科学の観点から展開。マスターアルゴリズムが満たすべき条件とは何か？　現状の機械学習を「記号主義者、コネクショニスト、進化主義者、ベイズ主義者、類推主義者」の５つの学派に分け、これらの長所を備えたものがマスターアルゴリズムであるとの道筋を示す。 第3章 ヒュームの「帰納の問題」 あらゆる知的活動は記号の操作に還元できる、と考える「記号主義者」を扱う章。 第4章 脳はどうやって学習しているのか 神経科学の知見に基づく「コネクショニスト」のニューラルネットを扱う章。 第5章 進化生物学 ― 自然の学習アルゴリズム 生物の進化を模擬的に実行する「進化主義者」の手法を扱う章。 第6章 ベイズ師の聖堂にて 不確実性に焦点を当てた「ベイズ主義者」の手法を扱う章。 第7章 あなたはあなたのそっくりさん 似たものはその振る舞いも似ているという着想に基づく「類推主義者」の手法を扱う章。 第8章 先生に教わらずに学ぶ 教示情報を使わない、クラスタリング、次元削減、チャンキングの教師なし学習、自ら調べて学ぶ強化学習、繋がりのあるものごとを学ぶ関係学習を紹介。 第9章 パズルのピースがはまるとき 著者の考えるマスターアルゴリズム候補を、軽妙な寓話を通じて、その中核となるマルコフ論理ネットを軸に語っていく。そしてこの候補がマスターアルゴリズムに至るために必要なものは何かを模索。 第10章 機械学習時代の世界へ 高度な機械学習技術が社会にもたらす影響を論じる。機械学習モデルと人間との関わり合い、自身の代理人モデルがある社会、データの共有の必要性と手段、雇用・安全保障・技術的特異点の行く先。そして最後に人類の行く先について、踏み込んだ意見を述べる。