未来のサンフランソウキョウに住む14歳の少年ヒロ・ハマダは天才少年だが、その才能を非合法のロボット・ファイトに利用するという自堕落な生活を送っていた。そんな弟を見かねた兄のタダシは、彼を自身の所属する工科大学へ連れていく。タダシの友人である「科学オタク」たちの手がけた数々の発明品や、兄の開発した白くて風船の様な見た目のケアロボット「ベイマックス」を目にし刺激を受けたヒロは、科学の夢を追究したいと飛び級入学を決意する。