Действие аниме разворачивается в далёком будущем и начинается с тяжёлой утраты. В 2003 году сын талантливого учёного Уматаро Тэнмы — Тобио — погиб в автокатастрофе. Не в силах смириться с горем, учёный создаёт механического наследника — робота по имени Атом, надеясь, что тот сможет заменить погибшего сына. Но по мере взросления Атома Тэнма всё чаще сомневается в своём творении и в конечном счёте продаёт Атом человеку по прозвищу Хэму Эггу. Со временем Атом встречает доктора Очаномизу, который становится его наставником и помогает развивать его потенциал, создавая для него робота‑сестру по имени Уран. Сериал рассказывает о их приключениях в удивительном мире будущего, где техника соседствует с человечностью, а вопросы жизни, дружбы и смысла существования становятся центральной темой каждого эпизода.
