在未来的世界里，天才科学家天马博士(尼古拉斯·凯奇·尼古拉斯·凯奇配音)创造了机器人阿童木(弗莱迪·海默·弗莱迪·海默配音)，因为他失去了心爱的儿子，希望能在他的儿子身上找到安慰。尽管阿童木拥有医生儿子的情感和记忆，先进的程序仍在改善他的情感，使他富有同情心。然而，医生一直无法接受失去儿子的痛苦，也无法正确治疗阿童木。他认为自己不是人，于是抛弃了他。阿童木变成了一个无家可归的流浪儿，也是到处被军方通缉的对象，最终被抓了。军方要求天马博士移除阿童木的能量，并将其转化为军用机器人的能量供应。在最后一刻，天马博士突然醒来，帮助阿童木逃跑。面对军队的围攻，阿童木奋起反抗，最终世界大战迫在眉睫。在不断的旅行过程中，阿童木也逐渐长大了。他还接受了自己的设计，将机械与人结合起来，承担起全人类生存的重要任务。