中年男子弗兰克·沃克（乔治·克鲁尼 George Clooney 饰）和身边的女孩凯茜·牛顿（布丽特·罗伯森 Britt Robertson 饰）大吐苦水，他慨叹现代社会充斥了战争、饥饿、灾难以及种种不公，他回忆起自己童年时代的一段经历。当年小小的弗兰克（托马斯•罗宾逊 Thomas Robinson 饰）带着自己的得意发明来到某主题公园，结果却碰了一鼻子灰。而美丽的少女雅典娜（拉菲•卡西迪 Raffey Cassidy 饰）偷偷伸出援手，让他见识了令人咋舌的未来世界。与之相对，凯茜则是对未来充满幻想的阳光女孩，她渴望有朝一日遨游太空。心怀梦想的她甚至私闯NASA，为此惹了不小的麻烦，不过却由此得到一枚神秘的徽章从而结识了弗兰克。
这一老一少的命运相逢，让充满幻想的未来世界不再遥远……

未来世界的超级都市旧京山（San Fransokyo），热爱发明创造的天才少年小宏，在哥哥泰迪的鼓励下参加了罗伯特·卡拉汉教授主持的理工学院机器人专业的入学大赛。他凭借神奇的微型磁力机器人赢得观众、参赛者以及考官的一致好评，谁知突如其来的灾难却将小宏的梦想和人生毁于一旦。大火烧毁了展示会场，而哥哥为了救出受困的卡拉汉教授命丧火场。身心饱受创伤的小宏闭门不出，哥哥生前留下的治疗型机器人大白则成为安慰他的唯一伙伴。原以为微型机器人也毁于火灾，谁知小宏和大白竟意外发现有人在某座废弃工厂内大批量地生产他的发明。
稍后哥哥的朋友们弗雷德等人也加入进来，他们穿上小宏发明的超级战士战斗装备，和怀有险恶阴谋的神秘对手展开较量……