Юный гений Хиро Хамада живет вместе с братом Тадаши и тетей Кэсс в городе Сан-Франсокио. Мальчик увлекается подпольными боями роботов, из-за чего как-то раз даже оказывается в полиции. Тадаши приводит Хиро в университет, в котором учится сам: знакомит с друзьями и демонстрирует лабораторию робототехники. После визита впечатленный Хамада решает поступить в этот вуз. Он создает микроботов, которыми можно управлять силой мысли. Хиро демонстрирует изобретение на университетской выставке, его берут без экзаменов, но тут случается взрыв. В итоге и Тадаши, и микроботы Хамады погибают. Впавший в депрессию Хиро случайно активирует Беймакса – медицинского робота, созданного его братом. Вместе они начинают расследование, желая выяснить, что в действительно произошло в университете.