手塚治虫の大ヒット作『鉄腕アトム』を、「ミュータント・タートルズ -ＴＭＮＴ-」などを手掛けたイマジ・スタジオが映画化したフルＣＧアニメーション。
主人公アトムの声を担当するフレディ・ハイモアはじめ、ニコラス・ケイジ、ビル・ナイなどハリウッドの豪華スターがボイスキャストを務める。
また、日本語吹替え版はアトム役に上戸彩、テンマ博士役に役所広司。監督は「マウス・タウン　ロディとリタの大冒険」のデヴィッド・バワーズ。

ロボットが全ての世話をしてくれる空中都市メトロシティ。
ある日、科学省長官テンマ博士の息子トビーは、科学省の実験施設に潜り込み、実験中の事故に巻き込まれて命を落とす。
悲しみに暮れるテンマ博士は、息子の姿と記憶を宿したロボットを製作する。
しかし、
所詮はロボット。
息子の代わりにはならないと実感したテンマ博士は、トビーを追い出してしまう。
荒廃した地上に降りてきたトビーは、人間たちと出会い、自ら“アトム”と名乗り、ロボットであることを隠して彼らと暮らし始める。
そんな中、メトロシティのストーン大統領は、支持率回復を狙って地上との戦争を画策、アトムに内蔵された未来型エネルギー“ブルーコア”の兵器転用を目論みアトムの捜索に乗り出すのだった。