Der 14-jährige Hiro ist ein kleines Genie, nutzt sein Talent aber für illegale Bot-Fights, bei denen sein selbstgebauter Mini-Roboter regelmäßig gewinnt. Sein großer Bruder Tadashi hat andere Ziele: Er entwickelt den aufblasbaren Roboter Baymax, der kranken Menschen helfen soll. Nachdem Hiro die Nerd-Freunde von Tadashi im Institut für Robotik kennengelernt hat, gelingt es Professor Callaghan, Hiros Ehrgeiz zu wecken. Der Junge erfindet kleine, bewegliche Microbots, die über Gedanken gesteuert werden können. Doch nach der Präsentation bricht ein Feuer aus, Tadashi stirbt und Hiro versinkt in einem Sumpf der Trauer. Da tauchen Hiros Microbots in der Stadt auf - gesteuert von einem mysteriösen Mann in einer Kabuki-Maske.