La vida de una mujer estadounidense que vive en Tokio, Japón, se ve trastocada cuando su esposo y su hijo desaparecen en un misterioso accidente aéreo. Como consuelo, recibe a Sunny, uno de los novedosos robots domésticos creados por la compañía de electrónicos de su esposo.

A bordo de Edens Zero, un chico solitario con el poder de controlar la gravedad se embarca en una aventura para encontrar a una legendaria diosa espacial.

Regresa a la fantástica ciudad de San Fransokyo, donde el inimitable, afable e inflable robot compañero de atención médica, Baymax, se dispone a hacer lo que fue programado para hacer: ayudar a los demás.

En un futuro aparentemente utópico, la pandilla del Agujero Negro y su líder investigan una serie de desapariciones. Mientras tanto, una misteriosa joven se enfrenta a un secuestrador en un callejón, y las cosas no salen según lo previsto.