故事讲述的又是一个机器人泛滥的时代，地球上的环境急剧恶化，科学家竟用高科技创造了一个称作大都会的天空之城，那里居住的都是整个国家最优秀的人类……被称之为机器人之父的天马博士有一个高智商的儿子名叫托比，但不幸的是在一次总督主持的红色核能试验中，托比被牵连进来成了牺牲品，天马悲痛欲绝后用托比头发的DNA创造了一个一模一样的机器人起名为阿童木，在植入托比记忆的同时又以蓝色核能为动力给他增添了上天入地、无坚不摧的本领。阿童木像从前的托比一样爱着父亲，但父亲却越发不能接受用阿童木来代替托比的位置，于是在一次冲动过后抛弃了他。阿童木伤心的离开了大都会，在地面漫无目的的寻求归宿，在那里他结识了柯娜和一群地球上的孩子，他们给一个叫哈马的机器人维修师打工来维持生活，没想到在和他们和谐相处不久后，阿童木的机器人身份被哈马识破并胁迫他与一些机器人决斗来吸引观众，就在阿童木与哈马周旋之时，总督带着机器人部队突然赶来抓拿阿童木，因为他一直想要得到蓝色核能来实现自己武力统治世界的欲望。阿童木选择了妥协，再次见到了爸爸，天马在犹豫中从阿童木体内取出了蓝核，但在准备交给总督的时候突然改变了主意，又重新安了回去。气急败坏的总督将红核放入一个巨型机器人的身体，并令其消灭阿童木，结果红核再次不受控制，所有人都成了它的攻击目标，大都会不久便成了废墟，几乎要坠毁，这时只有阿童木能够拯救生命，于是他与邪恶的机器怪物展开了一场大战并最终将其摧毁，大都会的人们又重新回到地面生活。