In einer nicht allzu fernen Zukunft haben die besten Wissenschaftler der Welt ein Stück der Erde vom Rest getrennt. Aus diesem künstlich mit Flugfähigkeiten ausgestatteten Erdteil wurde Metro City. Hier blüht die technische Weiterentwicklung, Verbrechen oder Umweltverschmutzung gibt es praktisch nicht. Roboter helfen den Menschen bei so gut wie allen Tätigkeiten. Dr. Tenma (gesprochen von Nicolas Cage) und seinem Kollegen Dr. Elefun (gesprochen von Bill Nighy) gelang es, aus kosmischer Strahlung zwei der bisher stärksten Energiequellen überhaupt zu extrahieren. Die blaue Materie versorgt den Wirtskörper bzw. Roboter dabei mit rein positiver Energie, während die rote Materie für chaotisches, zerstörerisches Verhalten steht und nicht verwendet werden sollte.
Bei einem von Präsident Stone (gesprochen von Donald Sutherland) angeordneten Testlauf mit der roten Energie kommt es zu einem folgenschweren Zwischenfall, bei dem Dr. Tenmas Sohn Toby (gesprochen von Freddy Highmore) stirbt. In Folge dieser Tragödie konzentriert sich der gebrochene Vater nur mehr auf ein einziges Projekt. Aus der neuesten Robotertechnologie soll kombiniert mit der DNA seines Sohnes und der blauen Energie, eine perfekte Kopie von Toby enstehen. Entweder wird Tenma mit dieser verrückten Idee kläglich scheitern, oder er erreicht damit einen persönlichen Durchbruch, dessen Auswirkungen auf das Leben aller Menschen ihm noch gar nicht bewusst sind.
