Astro Boy conta a história de um garoto robô jovem - Astro - modelado após o falecido filho de um cientista pesquisador, Dr. Tenma. Originalmente destinado a ser mantido em segredo, o robô movido a energia atômica se torna um super-herói relutante que luta por justiça e paz para humanos e robôs. Criado em Metro City, ele vive em uma sociedade "retro-futurista", povoada por humanos e robôs. O criador dele, Dr. Tenma, chefe do Ministério da Ciência, constrói Astro à imagem de seu filho. Astro nunca pode preencher o vazio que o Dr. Tenma sente a perda do filho. Tenma desliga Astro, incendeia o Ministério da Ciência e foge. Algum tempo depois, Astro é descoberto pelo Dr. O'Shay, o novo chefe do Ministério. Dr. O'Shay pega Astro e serve como seu mentor. Impulsionado pela crença de que robôs e humanos devem ser amigos, Dr. O'Shay é o maior aliado de Astro. Ele fornece a Astro uma casa, o matricula na escola e cria uma família de robôs para ele. O Astro possui uma força excelente, incluindo pés e braços de foguetes a jato que lhe permitem voar em velocidades extremas. No entanto, o segredo de suas vitórias não são seus superpoderes; a qualidade que o torna superior a outros robôs é seu cérebro artificial, o mais avançado do mundo. Essa qualidade única, denominada kokoro em japonês, permite que o Astro experimente todas as mesmas emoções que os humanos. Ele é inteligente, engenhoso e tem um forte senso de justiça, sempre tentando argumentar com seus adversários. A única esperança da humanidade de sobreviver ao ataque de robôs rebeldes é o próprio robô...o campeão destemido, altruísta e incorruptível conhecido como Astro. Em sua busca por paz e justiça, Astro costuma fazer tudo sozinho, mas ele é ocasionalmente auxiliado por sua irmã robô ou mesmo por robôs rebeldes que ele é capaz de se alistar. Astro também tem amigos humanos da escola, que freqüentemente se envolvem em seus conflitos.
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