由于痛失愛兒，天才科學家天馬博士創造了機械人阿童木作為兒子的替身，并將人類最好的特性與價值觀編進他的程序之中。阿童木不僅擁有情緒變化和同情心，更兼有博士兒子之殘余情感與記憶。無奈他卻不能令抑郁的博士重展歡顏，博士亦不懂珍惜自己這獨一無二的發明，機械兒子的超能力對他來說毫無意義。阿童木一直將博士當作父親，最后不但被對方拋棄，更發現自己原來并非人類，備受雙重打擊。 阿童木頓時變成了無家可歸的孤兒，對自己的身份充滿困惑。哪里才是他的家？這正是故事的主題，亦是命運給予阿童木的挑戰。 像其它被人遺棄的野孩子，阿童木只想找個地方融入棲身。他一直抗拒自己的真正身份，并假扮人類混進一群童黨之中。他將其首領哈馬當作父親，不料哈馬卻竟揭穿他的機械人身份，更欲將阿童木變成害人的機械戰士。 阿童木被奉行軍法管治的史東總統拘捕，令他萬念俱灰。天馬博士被召來取走阿童木的能源。心地善良的阿童木表示原諒父親的所作所為時，博士突然被對方所感動，悟到自己一直所犯的過錯。兩父子和好如初，博士更協助阿童木逃走。 在最后一場驚世大戰中，各方人物風云際會。阿童木在歷險過程中逐漸成長，亦接受了自己這獨一無二的機械與人類的結合。他將要負起牽系全人類生死存亡的重任