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Sean任职广告公司之摄影师，喜欢到处拍摄途人。Boni在Sean广告公司新上任当上创作总监，她认为要成为一位女上司，不但要以实力取胜，更当摆出一副严肃、令人望而生畏的态度，方能管治下属。但Boni这种高傲的态度，使她与同事之间产生对立。Boni在新广告计划上表现了她卓越的才华，但在向客户推荐此计划时，其客户竟向她展示了其它广告公司与她相同意念的广告制成品。Boni被质疑抄袭别人的创作，广告公司老板张总大怒，立即把她辞退。Boni怀着满腔失意回家倒头大睡，但醒来时却发现自己回到昨天，并重复昨天所遇到的一切事。。在未来世界，由于痛失爱子，天才科学家天马博士（尼古拉斯·凯奇 Nicolas Cage 配音）创造出了机械人阿童木（弗莱迪·海默 Freddie Highmore 配音），想以此来作为儿子的替身，寻找安慰。虽然，阿童木拥有博士儿子的情感和记忆，而且先进的程序还在不断完善其情绪，并让他富有同情心。可是，博士始终无法接受失子之痛，对阿童木也不能正确对待，并认为他不是人类而将其抛弃。阿童木沦落为无家可归的流浪儿，而且还备受军方的四处通缉，并最终被抓住。军方要求天马博士拿掉阿童木的能源，让它变成军方机器人的能源配备。在最后时刻，天马博士突然醒悟，并协助阿童木逃走。面对军方的围追堵截，阿童木奋起反抗，最终一场惊世大战一触即发。在不断的旅行过程中，阿童木也逐渐成长，他也接受了自己这机械与人类结合的设计，并肩负起全人类生死存亡的重任。。