Trên đất nước Metro, nơi công nghệ tiên tiến và sự phát triển đỉnh cao, Astro Boy (Atom) một robot trẻ tuổi với khả năng phi thường được tạo ra bởi một nhà khoa học nhẫn tâm, vốn lặng lẽ chôn vùi hình ảnh của đứa con trai đã mất. Astro, người máy nhỏ bé, không thể đáp ứng kỳ vọng của người tạo ra mình, đã khởi hành vào một cuộc hành trình đầy thử thách, trải qua sự phản bội và khám phá thế giới ngầm của các đấu sĩ robot đầy hiểm nguy. Nhưng chỉ khi Astro đối diện với hiểm nguy của Metro City và tìm đến sự hoà giải với người cha lạnh lùng đã từ chối mình, anh mới thực sự hiểu được ý nghĩa thực sự của sự chấp nhận và tình thân.