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而且先进的程序还在不断完善其情绪并让他富有同情心可是博士始终无法接受失子之痛对阿童木也不能正确对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而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掉阿童木的能源让它变成军方机器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堵截阿童木奋起反抗最终一场惊世大战一触即发在不断的旅行过程中阿童木也逐渐成长他也接受了自己这机械与人类结合的设计并肩负起全人类生死存亡的重任