Chuyện phim xảy ra trong một thành phố hư cấu được gọi là San Fransokyo (một từ ghép giữa San Francisco và Tokyo), một thần đồng chế tạo trẻ tuổi tên là Hiro Hamada và người bạn rô-bốt y tế Baymax do anh trai cậu Tadashi Hamada, tao ra. Trong một cuộc triển lãm khoa học, một vụ nổ thiêu rụi mọi thứ,trong đó có Tadashi. Vô tình phát hiện ra cái chết của anh trai có liên quan đến một nhân vật bí ẩn đeo mặt nạ, Hiro cùng Baymax và một nhóm những chiến binh nghiệp dư, từng là bạn của Tadashi,[8] bao gồm: Wasabi, Honey Lemon, GoGo Tomago, và Fred[9] lên đường truy tìm danh tính thực sự của kẻ đeo mặt nạ. Khi Baymax tìm thấy một hòn đảo, cả nhóm đến đó và nó được cho biết hòn đảo đó đã cách li. Khi khám phá ra, họ thấy biểu tượng hình chim én và xem một video thì thấy 1 thí nghiệm. Thí nghiệm đã lí giải vì sao hòn đảo bị cách li. Khi tên đeo mặt nạ đó xuất hiện. Họ đã phát hiện đó chính là giáo sư Callaghan. Hiro bắt Baymax giết Callaghan bằng cách rút chíp dữ liệu y tế, để lại chíp dữ liệu chiến đấu. Điều đó khiến Baymax trở thành một chú rô bốt hung hăng, tàn bạo với mục tiêu là tiêu diệt Callaghan. Nhưng cả nhóm đã ngăn không cho sự việc diễn ra. Hiro tức giận và bỏ đi, rồi cậu cũng nhận ra sai lầm của mình. Cuối cùng cậu tập hợp cả nhóm và lên đường ngăn chặn âm mưu của Callaghan. Sáng hôm sau, khi mà lễ khai mạc Krei Tech đang diễn ra. Callaghan đến và cho biết ông trở lại để trả thù.