由于痛失爱儿，天才科学家天马博士创造了机械人阿童木作为儿子的替身，并将人类最好的特性与价值观编进他的程序之中。阿童木不仅拥有情绪变化和同情心，更兼有博士儿子之残余情感与记忆。无奈他却不能令抑郁的博士重展欢颜，博士亦不懂珍惜自己这独一无二的发明，机械儿子的超能力对他来说毫无意义。阿童木一直将博士当作父亲，最后不但被对方拋弃，更发现自己原来并非人类，备受双重打击。
阿童木顿时变成了无家可归的孤儿，对自己的身份充满困惑。哪里才是他的家？这正是故事的主题，亦是命运给予阿童木的挑战。
像其它被人遗弃的野孩子，阿童木只想找个地方融入栖身。他一直抗拒自己的真正身份，并假扮人类混进一群童党之中。他将其首领哈马当作父亲，不料哈马却竟揭穿他的机械人身份，更欲将阿童木变成害人的机械战士。
阿童木被奉行军法管治的史东总统拘捕，令他万念俱灰。天马博士被召来取走阿童木的能源。心地善良的阿童木表示原谅父亲的所作所为时，博士突然被对方所感动，悟到自己一直所犯的过错。两父子和好如初，博士更协助阿童木逃走。
在最后一场惊世大战中，各方人物风云际会。阿童木在历险过程中逐渐成长，亦接受了自己这独一无二的机械与人类的结合。他将要负起牵系全人类生死存亡的重任。
一句话评论
还算可以，就是剧情冲突显得怪异。 ——《波士顿环球报》
感觉就像许多部电影拼凑在一起一样。 ——《今日美国》
光荣止于2D版本。 ——《芝加哥太阳时报》
幕后制作
国际化团队的精诚合作
风靡全球数十年的动漫大作《阿童木》如今首度以3D动画片的形式走上大银幕，整个制作团队也焕然一新。导演大卫鲍沃斯从《谁陷害了兔子罗杰》开始踏足动画界，浸淫动画界二十余年的他对于本片信心十足：“拍摄《阿童木》是我工作生涯里最辛苦也最有趣的经历，我们从五年前就开始为本片准备一切拍摄相关的工作。记得我第一次和自己的朋友、家人宣布这个消息的时候，他们都惊呆了，不相信的问我，‘你能拍好它吗？’我理解他们的质疑，因为一个外国人能够拍好一部日本动画片的几率实在不大，我一开始就很清楚这一点，所以我和大家一起将各种有可能搞砸本片的可能性都摆在台面上讲，然后一一的排除，尤其是在《阿童木》的制作过程里，我也不停的在问自己，怎么做才不会搞砸，怎么做才会让大家觉得‘好’？抱着这样的想法，整个制作团队在数年的时间里制作完成了《阿童木》，如今，你就可以看到它了，是好是坏，你是最好的评判者。”
本片的监制玛瑞安加格原是梦工厂的老牌员工，十多年来参与了《荒失失奇兵》、《鼠国流浪记》、《埃及王子》等多部动画片的制作，对于本片的整体把握，玛瑞安格尔说：“整个概念就是要最大限度的贴合手塚治虫先生的原作，特别是画面风格。但今时今日的3D动画技术给予观众的感觉十分新潮，《阿童木》的原作又相当的复古，那么，如何去尽可能的表现整个《阿童木》的世界观，就是一个难题。关于这一点，大卫鲍沃斯做得很不错，最后我们设计出来的3D场景相当接近手塚治虫先生绘画的风格，看上去想必也会让影迷感到很欣喜，特别是那些当年看过漫画原作，上了年纪的老影迷，我想他们看了《阿童木》之后一定不会说：‘看，又一个来糟蹋经典的家伙！’”
负责《阿童木》动画制作的意马动画的主管兼本片出品人津村健先生说：“设计本片的动画场景主要还是以手塚治虫先生当年的创意为主，例如电影中所展现的整个未来都市，它有着纷繁复杂的高架桥和流线型的大厦，这些都是手塚治虫先生原作中都存在的元素。我们对于《阿童木》，要做的事不是破坏，而是复原，振兴，让《阿童木》在如今的技术里重新在大银幕上绽放它的美丽。”
用声音传达微妙的感情
在美国版中，为天马博士配音的是好莱坞影帝尼古拉斯凯奇，对于这部电影，尼古拉斯凯奇说：“这是一部全球漫画迷都无法忘记的动画片，他有着我过去许多年的许多美好回忆。参与它的电影工作是我想都没想就答应下来的事，整个配音的过程就是我不停回忆的过程。天马博士是一个悲剧人物，我很吃惊于手塚治虫先生能够在当年就为这个角色设计那么深邃的内涵，在如今的配音过程里，我再度感受到了这个角色身上的种种情愫。”
而为影片当仁不让的头号主角——阿童木配音的，则是年轻的小伙弗莱迪海默。现年17岁的他由约翰尼德普带入行内，出演了《寻找梦幻岛》、《声梦奇缘》、《亚瑟和他的迷你王国》、《查理和巧克力工厂》等叫好叫座的电影，对于在《阿童木》中的配音，弗莱迪海默说：“阿童木是全世界孩子们的好朋友，从小我就这样想，我能够为这个角色配音，实在是太开心了。导演希望我要注意，在配音过程里展现阿童木既忧郁又坚决的心情，这一点曾经困扰了我很久，因为我实在不知道这种心情下，说出来的话的语气是什么样子？于是我问尼古拉斯凯奇，他告诉我，你跟着我学就可以了，然后给我说了很长一段话，我还记得他说的那段话，实在是让我大开眼界！而我用他告诉的方法来配音，感觉果然很好！”
花絮
执导过《棒球小英雄》的科林布莱迪曾是本片的导演人选。
《阿童木》是日本动画史上第一部TV动画剧集，由1963年首播，1966年播放完毕。这个动画剧集多次翻拍，第二次是上世纪80年代，第三次是21世纪。
为柯娜配音的原本是斯嘉丽约翰逊，她甚至已经进入了配音工作，但不知什么原因，最终克里斯汀贝尔取代了斯嘉丽约翰逊为柯娜配音。
经典台词：
DR. Tenma: I'm sorry.
天马博士：我很抱歉。
Astro: Don't be. I'm sorry I couldn't have been a better Tony for you. Dad.
阿童木：不要这样。是我该为不能成为你心目中的托比而道歉。爸爸。
Astro: Whoa! What are you doing?
阿童木：喔！你在干什么？
DR. Tenma: You may not be Toby, but you are still my son.
天马博士：你也许不是托比。但你依然是我的儿子。
Astro: Dad!
阿童木：爸爸！
DR. Tenma: Now fly! Fly!
天马博士：现在飞吧！飞吧！
DR. Tenma: We have to go.
天马博士：我们必须走了。
Astro: This is it. This is what I was created for. This is my destiny.
阿童木：这就是了。这就是我被造出来的原因。这就是我的命运。
DR. Tenma: Toby, now!
天马博士：托比，马上离开！
Astro: I'm sorry, but this is who I am. Onward and upward, Dad!
阿童木：我很抱歉，但是这就是我。勇往直前，爸爸！
DR. Tenma: No!
天马博士：不！
DR. Elefun: Astro, I think you've finally found your place in the world. You're a hero, a robot with a heart of a lion.
茶水博士：阿童木，我觉得你终于找到你的容身之所。你是个英雄，一个有着勇敢的新的机器人！
DR. Tenma: And everyone finally knows it.
天马博士：并且每个人最终认识到这一点。
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