En la futurista Metro City, el Dr. Tenma se dedica a fabricar avanzados robots. Una noche, crea un nuevo robot defensivo llamado Pacificador y se lo demuestra al líder disruptivo, el presidente Stone. El Dr. Elefun, el amigo de Tenma, también revela los núcleos y Stone reemplaza el núcleo del Pacificador con el destructivo núcleo rojo. El Pacificador se sale de control y Toby, el hijo de Tenma, se desintegra. Devastado por la tragedia, Tenma construye en secreto la réplica de Toby como robot. La réplica tiene la mente y la personalidad de Toby y cree que no ha pasado nada, además de que ahora cuanta con poderes increíbles. Sin embargo, incapaz de cumplir con las expectativas del hombre afligido, él se va a buscar su propia identidad en una aventura que lo convertiría en el héroe más grande de su tiempo. ¿Qué pasará cuando este robot réplica de Toby se entere de la verdad? ¿Cómo llega a ser Astro Boy?
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