เรื่องราวของ Astro Boy เกิดขึ้นในโลกแห่งอาคตเมื่อ Dr. Tenma นักวิทยาศาสตร์อัจฉริยะได้สร้างหุ่นยนตร์เด็กที่มีพลังมหาศาลชื่อว่า Astro Boy หรือ เจ้าหนูปรมาณูขึ้นมา โดยหวังว่าจะสามารถทดแทนลูก ชายของเขาที่เสียชีวิตไปจากอุบัติเหตุ แต่เมื่อเจ้าหนูปรมาณูไม่สามารถ ทดแทนสิ่งที่ Dr. Tenma คาดหวังไว้ได้ เจ้าหนูปรมาณูจึงออกเดินทาง เพื่อแสวงหาการยอมรับ ซึ่งเขาไม่เคยได้รับจากผู้ที่สร้างเขาขึ้นมา แต่ กลับได้เจอกับโลกที่เต็มไปด้วยการต่อสู้ระหว่างหุ่นยนตร์ เขาจึงกลับมาเพื่อกอบกู้โลกจากเหล่าร้าย และหวังว่าคนที่ปฏิเสธเขาไป แล้ว จะหันกลับมายอมรับในตัวเขา