W świecie pełnym tajemnic 14-letni geniusz Hiro Hamada woli badać je za pomocą swoich wynalazków i rakieterii niż na wykładach uniwersyteckich. Jego nieposkromiona natura i ogólny brak troski o otoczenie często wpędzają go w kłopoty, zmuszając do polegania na starszym bracie Tadashim, który musi go wybawiać z tarapatów. Podczas wystawy organizowanej przez Instytut Technologii Sans Fransokyo Hiro prezentuje swoje mikrobity, które potrafią łączyć się ze sobą i przekształcać w różne duże figury. Na tej samej imprezie poznaje Baymaxa, projekt Tadashiego, który potrafi automatycznie diagnozować i leczyć ludzi potrzebujących pomocy medycznej. Młody geniusz nie miał pojęcia, że ten pulchny robot stanie się wkrótce jego ostatnim powiązaniem z jedyną osobą, na której naprawdę mu zależało.