Футуристический мегаполис Сан-Франсокио. В первый учебный день в вузе юный гений робототехники Хиро Хамада знакомится со строгим новым деканом – профессором Гренвилл. В лаборатории трагически погибшего старшего брата Тадаши Хиро находит старый чип медицинского робота Бэймакса и решает его восстановить. Однако эндоскелет Бэймакса сбегает и оказывается в руках Ямы, и он обещает Хиро вернуть скелет, если тот выкрадет пресс-папье со стола декана. Яма обманывает Хиро, но его друзья-супергерои – Фред, ГоГо, Хани и Васаби – выручают паренька. Бэймакс вернулся! Хэппи-энд? Не совсем… Яма создал по образцу эндоскелета Бэймакса целую банду боевых роботов, которые терроризируют город. Но это только отвлекающий маневр, чтобы похитить пресс-папье профессора Гренвилл, которое, оказывается, можно использовать в злодейских целях. Друзьям Хиро и верному Бэймаксу приходится вновь объединиться в команду, чтобы предотвратить надвигающуюся катастрофу. Шестерка героев снова в сборе, они не планировали становиться супергероями, но жизнь не всегда идет по плану. А теперь им придется приложить все свои знания и умения, чтобы жители Сан-Франсокио могли спокойно жить.