未来世界，科技高度发达，极度仿真的高智能人形机器人深入到社会的方方面面，成为人类的得力助手。只是狂妄自大的人类似乎单单将机器人看作服务自己的奴隶，而忽略了他们悄悄滋长的万千情感。正就读高中的向坂陆夫（福山润 配音）如很多“钻头系”（过度依赖机器人的族群）一样，日常生活全部交由机器人萨美（田中理惠 配音）处理，并且绝对相信机器人三大法则的规定。可是近一段时间发现，萨美时常会去一些指令之外的地方。倍感困惑的陆夫约请好友真崎正树（野岛健儿 配音）根据萨美的数据记录来到了一家名为“夏娃的时间”的咖啡馆，他们惊奇地发现这里聚集了许多刻意消除掉标志性光环的机器人，此时的他们与人类无异，并且也有着各自的快乐和烦恼。
与此同时，针对人型机器人“自我”状况愈加明显的情况，以伦理委员会为首的部分组织开始展开行动……

公元 2700 年，人类文明高度发展，却因污染和生活垃圾大量增加使得地球不再适于人类居住。地球人被迫乘坐飞船离开故乡，进行一次漫长无边的宇宙之旅。临行前他们委托 Buynlarge 的公司对地球垃圾进行清理，该公司开发了名为 WALL·E（地球废品分装员的缩写）的机器人担当此重任。 这些机器人按照程序日复一日、年复一年辛勤工作，但随着时间的流逝和恶劣环境的侵蚀，WALL·E 们接连损坏、停止运动。最后只有一个仍在进行这项似乎永无止境的工作。经历了漫长的岁月，它开始拥有了自己的意识。它喜欢将收集来的宝贝小心翼翼藏起，喜欢收工后看看几百年前的歌舞片，此外还有一只蟑螂朋友作伴。直到有一天，一艘来自宇宙的飞船打破了它一成不变的生活…

机器人安德鲁（罗宾·威廉斯 Robin Williams 饰）是尼尔家四代人的管家。原本尼尔一家只是当他一部机器来使用，但大家渐渐发现安德鲁不只是一个家务机器这么简单，他在日常还会和他们一起欢笑，懂得人类的习俗，体会人类的情感。
安德鲁在尼尔家的女儿很小的时候就喜欢上她了，但由于他没有安装感觉模块，他任由她嫁给了一个错误的人。由于没有感觉，安德鲁可以在海边独自一人盖一栋房子生活。直到某天，他遇上了机械专家、科学狂人，为他安装上了感觉模块。
至此，安德鲁才体会到什么是吃醋、什么是恋爱。经过一番努力，安德鲁终于完全融入了人类社会。最终，他和自己相爱的人得以长厢厮守，并在垂垂老矣时幸福死去……

21世纪中期，由于温室效应，南北极冰川融化，地球上很多城市被淹没。此时，人类科技已经高度发达，人工智能机器人就是人类发明出来用以应对恶劣自然环境的科技手段之一，而且，机器人制造技术已经高度发达，先进的机器人不但拥有可以乱真的人类外表，还能感知自身的存在。
莫妮卡的儿子马丁重病住院，生命危在旦夕，为了缓解伤痛的心情，她领养了机器人小孩大卫（海利•乔•奥斯蒙特 饰），大卫的生存使命就是爱她。马丁苏醒，恢复健康，回到了家里，一系列的事情使大卫“失宠”，最后被莫妮卡抛弃。
在躲过机器屠宰场的残酷追杀后，大卫在机器情人乔（裘德•洛 饰）的帮助下，开始寻找自己的生存价值：渴望变成真正的小孩，重新回到莫妮卡妈妈的身边。谁也不知道他能否完成自己的心愿，脱胎换骨成为真正的人，等待他们的只是凶吉难料的旅程……

2020年，未来一个并不遥远的年份，整个世界已经发生了许多变化。在那个时代，人类拳击不再被允许，取而代之的是各种机器人走上了擂台，继续这项火爆的运动，愉悦大众。前拳击手查理·肯顿（休·杰克曼 Hugh Jackman 饰）似乎并不那么落寞，他很快适应了时代的发展，带着经过训练的机器人一次次走上拳台。但是倒霉事接二连三，他先是意外落败，债台高筑，继而接到前女友突然过世的消息，并见到了从未谋过面的儿子——11岁男孩麦克斯（达科塔·高尤 Dakota Goyo 饰）。
一次意外，让麦克斯遇到了一台业已被淘汰的陪练机器人Atom。在麦克斯的坚持下，查理同意让Atom参加比赛，却意外发现这台“废物”不仅抗打，而且拥有搏斗的潜质与天赋。肯顿父子和他们的机器人由此踏上新的征途……