Действие фильма разворачивается в 20-х годах прошлого века на гавайских кофейных полях. Сюжет строится вокруг мальчика, который преодолевает препятствия на пути к запретной любви.

Юный Хиро Хамада — прирожденный изобретатель и гений конструирования роботов. Вместе со старшим братом Тадаши они воплощают в жизнь самые передовые идеи в Техническом университете города будущего Сан-Франсокио. После серии загадочных событий друзья оказываются в центре коварного заговора. Отчаявшись, Хиро решает использовать веселого и добродушного экспериментального робота Бэймакса, перепрограммировав его в неуязвимую боевую машину.

Вымышленный мегаполис Сан-Франсокио – настоящий коктейль из американской и японской культур. Здесь живёт четырнадцатилетний гений новейшей робототехники – Хиро Хамада. Он создаёт боевых ботов, ставших настоящими хитами гонок на задворках Сан-Франсокио. Но помимо этого Хиро – просто ребёнок. Поэтому хорошо, что у него есть старший брат Тадаши, который всеми силами направляет его по правильному пути, напоминает о подготовке к поступлению в Институт Технологий.

К сожалению, происходит страшная трагедия, Тадаши убит неустановленным преступником. Хиро, погружённый в глубочайшее горе, собирает вокруг себя команду, назвав её просто «Шестёрка героев». Он хочет узнать – кто виноват в смерти его брата. Для личной безопасности юный гений использует в качестве телохранителя большого надувного робота Бэймакса. Тот может излечить любое заболевание. а благодаря последним усовершенствованиям получает ещё суперсилу, реактивный кулак и двигатель, с чьей помощью может летать. Но есть ещё и подростки, вошедшие в «Шестёрку героев». Это чистюля и шеф-повар Васаби (обладатель плазменного клинка), фанат комиксов Фред (превращается в огнедыщащее чудовище Фредзиллу), блондинка Хани Лимон (большой знаток химии), супергероиня ГоГо Томаго (пользуется магнитными дисками как щитами, колёсами и оружием).