В начале двадцать первого века происходит автомобильная авария, в которой погибает Тобио, сын инженера-робототехника доктора Тэнма. Опечаленный горем отец создает робота, являющегося точной копией сына. Это новое устройство обладает человеческими эмоциями и способен на впечатляющие механические действия: полет, владение разными языками, сверхчувствительный слух и зрение, а также выдающаяся физическая сила. Несмотря на передовые технические характеристики, робот остается неуклюжим и не может заменить погибшего мальчика. Доктор Тэнма продает его в цирк, где робот получает имя Астробой. Доктор Отаномудзу, выступающий против эксплуатации роботов, противодействует цирковым условиям. Под его руководством Астробой начинает серию приключений, в