Тадаши Хамада уже неоднократно предпринимал попытки заманить свое гениального младшего брата на учебу в Технологический институт Сан-Франсокио, где учиться и он. Но каждый раз четырнадцатилетний Хиро отказывается становиться студентом. Его боле привлекают подпольные бои роботов, в которых созданные им боты одерживают победы, принося парню деньги. Но однажды Тадаши все же удается заманить брата в лабораторию, где он работает со своими друзьями. Познакомившись с педантичным и талантливым Васаби, увидев, что может сделать при помощи химических реактивов Хани Лемон и пообщавшись с любительницей скорости ГоГо Тамаго, Хиро полностью изменил свое мнение. А после встречи с профессором Каллаганом, руководившим факультетом робототехники, загорелся желанием попасть в ряды его студентов.
Там же в лаборатории Тадаши показал брату и собственное творение – персонального медицинского помощника Бэймакса. Чтобы стать студентом Хиро должен выиграть ежегодный конкурс, что мальчику блестяще удается. Его микроботы, которыми можно управлять при помощи специального модуля, произвели настоящий фурор. Но радость от победы была омрачена трагедией. В институте произошел пожар, при котором погибли профессор Каллаган и пытавшийся спасти его Тадаши, а все микроботы были уничтожены огнем. Хиро долгое время не мог смириться со смертью брата, но доставшийся ему от брата Бэймакс не только помог мальчику пережить потерю, но и выяснить, что во всем случившемся виновен некий человек в маске, укравший его изобретение и использующий микроботы в своих целях. Чтобы найти злодея Хиро понадобится помощь, которую ему с радостью готовы оказать друзья Тадаши. Вместе они станут настоящей командой героев, готовых дать отпор преступнику.