Depois de perder o filho Tobio, o doutor Tenma constrói Atom com um coração artificial para ocupar o lugar do menino, e desliga o robô quando entende que a substituição não funciona. O doutor Ochanomizu, do Ministério da Ciência, o religa e o matricula numa turma de sexto ano, onde um garoto robô com aquela força não passa despercebido. Atom colabora com a polícia, mora com Uran, uma irmã robô, e encara de frente a rejeição de uma cidade que não quer máquinas andando como gente. Esta série de 2003 é uma refilmagem da original de 1963.