在斯德哥爾摩的拍賣行工作的Anna暗戀著老闆Sven,然而富有同情心、內向的Sven沒打算要談戀愛。在他眼中,Anna只是個完美助手。當Sven終於考慮要找對象,Anna決定幫助他。她把自己的朋友Sophie跟Sven湊成一對,Sophie很開心,Anna則暗自神傷。這時,Anna的父親,一絲不苟的Carl,和自由奔放的鄰居Lotta起了嚴重衝突。兩人個性南轅北轍,Carl受不了Lotta的迷糊,但Lotta卻覺得拘謹的Carl很迷人。雙方先是起了口頭衝突,後來又發生了值得紀念的事件。。在好友宫田(Miyata)的陪同下,佐野(Sano)回到了日本的海滨度假胜地伊豆,五年前他在这里爱上了如今已故的妻子的凪(Nagi)。佐野初次邂逅亡妻的海边旅馆如今濒临倒闭,他重返故地,试图找回一顶五年前丢失的红色帽子,那是彼时爱的信物,也是此时失落的证明。。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。。