В Метро Сити, городе, парящем в небесах, живет Тенма — гениальный ученый, чья жизнь омрачена трагедией. Потеряв единственного сына, он погружается в работу, стремясь воссоздать его в виде робота. Этот робот, Астробой, обладает внешностью и поведением, которые копируют погибшего мальчика. Тенма надеется, что этот искусственный ребенок поможет ему справиться с горем, но Астробой быстро понимает, что он не может заменить настоящего сына.

Астробой становится свидетелем того, как Тенма, несмотря на все усилия, не может полюбить его так, как любил своего реального сына. Робот переживает из-за этого, осознавая свою неполноценность. Внутри него находится уникальное голубое ядро, дающее ему жизненную энергию. Это ядро привлекает внимание властных людей, которые видят в нем невероятный источник силы. Они готовы пойти на все, чтобы завладеть им, ставя под угрозу не только Астробоя, но и весь город.

Когда планета оказывается на грани катастрофы, Астробой решает встать на защиту людей. Он понимает, что, несмотря на свою искусственную природу, он может быть полезен. В борьбе с теми, кто стремится использовать его ядро в корыстных целях, Астробой становится настоящим героем. Его путешествие показывает, что даже искусственный разум может иметь душу и стремиться к добру. В конце концов, он не только защищает Метро Сити, но и находит свое место в мире, где люди и роботы могут жить вместе.