Hiro ist ein von Robotern besessener 13-jähriger Junge in der schillernden Metropole San Fransokyo, der seinem älteren Bruder nacheifern und an der technischen Universität aufgenommen werden will. Tatsächlich gelingt ihm das mit der Präsentation einer bahnbrechenden Erfindung, doch das Gebäude brennt ab, sein Bruder und die Erfindung verschwinden in den Flammen. Hiro ist am Borden zerstört, findet aber Trost dank des Erste-Hilfe-Roboters Baymax, der sich um den Jungen bemüht und mit ihm in ein gewaltiges Abenteuer stürzt.