El Dr. Tenma es un científico que acaba de perder a Tobio, su único hijo. En un acto de desesperación crea a Atom, un robot idéntico a Tobio, pero se desespera cuando nota que el robot no podrá crecer nunca. Atom es entonces abandonado en un circo, dónde es descubierto y adoptado por el Profesor Ochanomizu, un científico que lo ayudará a encontrar su destino.