在未來(lái)世界，由于痛失愛(ài)子，天才科學(xué)家天馬博士（尼古拉斯·凱奇 Nicolas Cage 配音）創(chuàng )造出了機械人阿童木（弗萊迪·海默 Freddie Highmore 配音），想以此來(lái)作為兒子的替身，尋找安慰。雖然，阿童木擁有博士?jì)鹤拥那楦泻陀洃?，而且先進(jìn)的程序還在不斷完善其情緒，并讓他富有同情心?？墒?，博士始終無(wú)法接受失子之痛，對阿童木也不能正確對待，并認為他不是人類(lèi)而將其拋棄。阿童木淪落為無(wú)家可歸的流浪兒，而且還備受軍方的四處通緝，并最終被抓住。軍方要求天馬博士拿掉阿童木的能源，讓它變成軍方機器人的能源配備。在最后時(shí)刻，天馬博士突然醒悟，并協(xié)助阿童木逃走。面對軍方的圍追堵截，阿童木奮起反抗，最終一場(chǎng)驚世大戰一觸即發(fā)。在不斷的旅行過(guò)程中，阿童木也逐漸成長(cháng)，他也接受了自己這機械與人類(lèi)結合的設計，并肩負起全人類(lèi)生死存亡的重任。

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