액션은 미국 문화와 일본 문화가 혼합된 가상의 대도시인 San Fransokyo에서 진행됩니다. 14세의 신동 하마다 히로(Hiro Hamada)는 봇 싸움의 열렬한 팬입니다. 돈을 벌기 위한 언더그라운드 게임의 목적은 자신의 싸움 로봇을 사용하여 상대 로봇을 물리치는 것입니다. 히로는 이기지만 도와주러 온 형 타다시와 함께 경찰에 붙잡힌다. 캐스 이모가 풀어주자 히로는 다시 봇 싸움에 가고 싶어하지만 타다시는 그를 대학으로 데려간다. 히로는 새로운 친구 허니 레몬, 고고, 와사비, 프레드를 만난다. 허니 레몬은 화학에 집착하고, 고고는 전자기 서스펜션이 달린 자전거 작업을 하고, 와사비는 레이저 빔을 연구하고, 프레드는 학생이 아니라 연구소의 상징이자 ’열렬한 과학 팬’이다. Tadashi는 의료 로봇 Baymax를 발명했습니다. 대학 총장인 캘러한 교수는 히로에게 입학하려면 일년에 한 번 열리는 대회에서 당신의 발명품으로 그를 놀라게 해야 한다고 말합니다. 오랜 창의적 고뇌 끝에 히로는 동생의 도움을 받아 서로 자기화하는 작은 로봇인 마이크로봇을 발명합니다. 마이크로봇은 신경 모듈에 의해 제어되며 운송, 건설 등을 대체할 수 있습니다. 칼라간은 대학에 입학할 수 있는 패스를 줍니다. 대기업 사장인 알리스테어 크레이는 히로에게 마이크로봇을 팔자고 제안한다. 히로는 거절한다. 얼마 후 대학에 화재가 발생하고 타다시는 캘러한을 구하러 가다가 죽는다. 히로는 슬픔 때문에 대학에 오지 않는다.
Hiro와 Baymax는 남아 있는 마이크로봇 중 하나가 어딘가에서 찢어지는 것을 보고 이를 나침반으로 사용하여 버려진 창고에 도달하고 그곳에서 마이크로봇을 복제하는 기계를 발견합니다. 그들은 갑자기 살아나 히로와 베이맥스를 공격한다. 영웅들은 도망치고 있습니다. 히로와 베이맥스는 2층 창가 건너편에 가부키 가면을 쓰고 검은 양복을 입은 키 큰 남자를 본다. 마이크로봇을 조종하는 이 악당은 그들을 창밖으로 내던집니다.
Baymax(공기가 가득 차 있기 때문에)는 Hiro를 부상에서 구합니다. 이후 경찰서에 도착한 히로와 베이맥스는 경찰관에게 무슨 일이 일어났는지 말하지만 히로를 믿지 않는다. 이 시점에서 Baymax는 전력이 부족했습니다. Hiro는 Baymax를 위한 갑옷과 가라데 프로그램이 포함된 추가 전투 칩을 만들어 악당을 잡기로 결정합니다. 밤이 되면 히로와 베이맥스는 악당을 잡으려고 한다. 부두에 도착한 히로는 바다로 날아간 마이크로봇을 잃어버립니다. 이때 저쪽에서 악당 자신이 나타나 물 밑에서 기이한 물체를 들어올린다. Baymax는 친구들이 도착했을 때 거의 싸울 준비가 되었고, Baymax는 Hiro의 기분이 나쁘다는 알림을 보냈습니다. 추격전이 있지만 와사비는 규칙에 따라 운전하기 때문에 고고가 대신합니다. 결국 차는 가라앉고 갑옷을 벗은 베이맥스는 친구들이 착륙할 수 있도록 도와줍니다. 프레