U futuristickom svijetu grada Metroa, svjetlucavog grada na nebu, genijalni znanstvenik dr. Tenma stvara Astro Boya kako bi nadomjestio sina kojeg je izgubio, a njegovo bice ispunja najboljim ljudskim karakteristikama i vrijednostima, te izvanrednim super mocima. Ne mogavsi ispuniti ocekivanja tuznoga oca, Astro Boy biva odbacen i primoran suociti se s jos jednim udarcem – saznaje da je robot, a ne ljudsko bice. Astro Boya, koji u sebi nosi Plavu jezgru, izvor energije sacinjen od pozitivne „plave“ energije, traze postrojbe militaristicki nastrojenog predsjednika Stonea koji je opsjednut time da Jezgru pribavi za „Peacekeepera“, robota izumljenog kao oruzje za dominaciju nad Zemljom. Bjezeci od vojske, Astro Boy pada na povrsinu Zemlje. Izgubljen i nesiguran glede vlastitog identiteta, Astro Boy se samo zeli uklopiti. Negirajuci svoju pravu prirodu, skupini djece-skitnica pokusava se predstaviti kao ljudsko bice. Na naivan nacin pada pod utjecaj njihovoga vodje Hamegga u kojem vidi ocinsku figuru. Hamegg ga na njegov uzas razotkriva kao robota i pokusava ga pretvoriti u robota-gladijatora. U „Hameggovim igrama robota“ Astro Boy je primoran suociti se sa citavim nizom robota. Buduci da se odbija boriti, a svoje protivnike onesposobljava samo kada je ugrozena sigurnost gledatelja, Astro Boy svojom plemenitoscu osvaja svjetinu. Naletjevsi na signal energetskog izboja Jezgre, vojska uspijeva zarobiti Astro Boya koji se miri sa svojom sudbinom. Dok mu dr. Tenma, covjek koji ga je stvorio, otklanja izvor energije, Astro Boy mu oprasta. Kada uvidi njegovu urodjenu dobrotu, dr. Tenma konacno shvaca kakvu je pogresku pocinio. Pomirivsi se sa sinom kojega je greskom odbacio, dr. Tenma pomaze Astro Boyu da pobjegne. Destruktivni Peacekeeper, koji je po predsjednickoj naredbi dobio nevjerojatno opasnu negativnu Crvenu jezgru, potpuno je izmakao kontroli i hara gradom Metro. Astro Boy se vraca kako bi pomogao stanovnicima grada. Bori se protiv Peacekeepera i sprjecava pad grada na povrsinu Zemlje. Do raspleta price dolazi u konacnoj borbi kada Astro Boy prihvati svoju robotsko-ljudsku prirodu i shvati da je njegova sudbina biti spasitelj covjecanstva.