La storia è ambientata in un mondo futuristico dove i robot convivono con gli esseri umani e la trama è incentrata sulle avventure occorse ad "Astro Boy", un bambino meccanico dai sentimenti e dall'intelligenza umani. Creato dal dottor Tenma (all'epoca capo del ministero della scienza) con le sembianze del proprio figlioletto, rimasto vittima poco prima di un incidente mortale. In quanto sostituto del proprio perduto bambino umano, lo scienziato lo tratta inizialmente con estrema amorevolezza; tuttavia egli si rende ben presto conto che il piccolo robot non può colmare il vuoto prodotto dalla scomparsa del vero figlio, tanto più che Astro non può crescere e diventare grande né tanto meno esprimere opinioni ed idee estetiche.