En el Ministerio de Ciencia, el ferviente profesor Ochanomizu y sus compañeros de trabajo se esfuerzan por reactivar a Atom, el primer robot con corazón humano. Atom es la obra maestra del enigmático profesor Umatarou Tenma, quien construyó el androide para sustituir a su difunto hijo Tobio. Sin embargo, aunque Tenma apagó inexplicablemente su creación y desapareció, Ochanomizu se niega a dejar que un avance científico tan importante se eche a perder. A pesar de tener la apariencia de un niño de nueve años, Atom no solo posee una fuerza y una inteligencia increíbles, sino que también está dotado de una conciencia y una compasión extraordinarias que rivalizan con las de los humanos. Lamentablemente, el niño mecánico pronto se enfrenta al rechazo y descubre que no todo el mundo es tan acogedor como Ochanomizu. Aunque los autómatas se han integrado en la sociedad, solo se les acepta como herramientas e incluso se les considera una amenaza inminente para el dominio de la humanidad. Soñando con un mundo en el que las personas y los robots puedan prosperar juntos, Atom dedica su existencia a proteger las vidas de ambos y a inspirarlos para que formen vínculos genuinos.
