在未来世界，由于痛失爱子，天才科学家天马博士（尼古拉斯·凯奇 Nicolas Cage 配音）创造出了机械人阿童木（弗莱迪·海默 Freddie Highmore 配音），想以此来作为儿子的替身，寻找安慰。虽然，阿童木拥有博士儿子的情感和记忆，并且先进的法度模范还在赓续完善其情绪，并让他富有同情心。可是，博士始终无法接收失子之痛，对阿童木也不克不及正确看待，并认为他不是人类而将其抛弃。阿童木沦落为无家可归的流浪儿，并且还备受军方的四处通缉，并最终被抓住。军方要求天马博士拿失落阿童木的能源，让它酿成军方机械人的能源配备。在最后时刻，天马博士突然醒悟，并协助阿童木逃走。面对军方的围追切断，阿童木奋起对抗，最终一场惊世年夜战一触即发。在赓续的旅行进程中，阿童木也逐渐成长，他也接收了自己这机械与人类联合的设计，并肩负起全人类生死生死的重任。