В далеком будущем война между людьми и гамилусианами опустошила Землю. Постоянно падающие радиоактивные астероиды превратили атмосферу планеты в непригодную для жилья. Старсия, королева планеты Искандар, предложила людям помощь – устройство, способное очистить Землю от радиации. Получить это устройство и спасти свою планету должен экипаж космического крейсера Ямато. Как и во Вторую мировую его тезка совершил подвиг, сейчас линкор Ямато должен совершить невозможное: преодолеть 148 тысяч световых лет до планеты Искандар и вернуться обратно. Если команда Ямато не справится с этой задачей, то через один земной год весь людской род погибнет.

Доктор Тенма настолько одержим созданием робота с человеческой душой, что забыл о заботе к своему собственному сыну Тоби; и когда Тоби погибает в автомобильной катастрофе, горюющий отец стремиться создать модель робота, который был бы копией его умершего сына. Однако жизнь вскоре переворачивает всё иначе и созданного им робота Тоби отвергает общество. Тенма, рассерженный, что Тоби так и не смог заменить ему родного сына, выгоняет его. Так начинается другая жизнь Тоби, который вскорости обретёт имя Астробой, встретившись с гениальным учёным, доктором Элефаном. Вместе им предстоит пройти множество таинственных и загадочных приключений, повстречать коварных врагов с злодейскими планами и конечно победить их всех. Ведь это Астробой, робот с душой человека и огромной силой могучего атома.