2019年，现代科技高度发达，机器人普及到人类世界的方方面面。中央种子岛高中机器人部，是一个只有两个人的小团体，痴迷于掌上游戏的八汐海翔（木村良平饰）和超级喜欢机器人的部长濑乃宫秋穗（南条爱乃饰），面临因人数过少而废部的局面。小秋梦想带着本部最大的梦想——等高大小的机器人GUNVARL参加来年举行的东京市博会。为了顺利征得经费，机器人部必须在ROBO-ONE大赛上取得优胜。峰回路转、紧张刺激的比赛后，机器人部顺利存活，还吸纳了在机械方面拥有极高天赋的日高昴（细谷佳正饰）入部。巨型机器人的建造有条不紊地进行着，瑰丽的梦想恣意绽放，而阴谋的黑影也悄悄笼罩种子岛，这一切全与九年前的事件息息相关……本片根据志仓千代丸的原作改编。《机器人笔记》的故事背景设定在未来的21世纪初期，机器人技术已经高度发展，机器人已经成为了人们日常生活中不可或缺的一部分。而在这个世界中，机器人和人类之间的关系逐渐发生了变化，机器人的角色也越来越复杂。故事情节在《机器人笔记》中，主人公是一个名叫阿斯托•波伊卡的机器人，他是一名专门为小学生们设计的机器人老师，可以像人类老师一样，给学生们上课并指导他们的学习。在他的课堂上，学生们可以通过互动与阿斯托进行交流，学习知识和技能。然而，阿斯托的创造者，一位名叫吉田博士的科学家，却因为政治斗争而被迫离开了他的工作岗位。在他离开之后，一位名叫西蒙的机器人专家开始研究阿斯托，试图将他变成一台可以用于军事目的的机器人。为了防止阿斯托被滥用，吉田博士的学生山崎洋介决定和他的同伴们一起保护阿斯托，并阻止西蒙的计划。在他们的努力下，阿斯托最终得以保护，并继续为学生们提供教育服务。人物介绍阿斯托•波伊卡（Astro Boy）：本作的主人公，一个拥有人类思维和情感的机器人老师，能够进行自主思考和判断，可以像人类老师一样教授知识和技能。吉田博士（Dr. Tenma）：阿斯托的创造者，一位科学家，曾经在机器人研究领域取得了很大的成就，但因为政治原因而被迫离开他的工作岗位。 

遥远的未来，地球一度变成冰冻星球。幸存的人类移民外太空，建立了繁荣的殖民星球阿瓦隆，并与外星人成立人类银河联盟。与此同时，名为希迪尔斯的异形肆虐繁殖，与联盟展开旷日持久的战争。在一次针对希迪尔斯母星的战役中，年仅16岁的少尉雷德（石川界人 配音）所在部队遭遇猛烈抵抗。撤退途中，雷德不慎被卷入时空裂缝，与他所驾驶的歼灭兵器钱伯坠落在地球的汪洋中。钱伯被人类打捞到加尔刚蒂亚舰团之上，面对这个与印象中完全不同的人类发源之星，雷德不知所措。在此期间，他和可爱的少女艾米（金元寿子 配音）沟通交流，并成功帮助他们挫败海盗的进攻，赢得地球人的信任。　　由于无法联系到友军，雷德只能暂时留在地球。自幼只知道战斗和服从命令的他，面对这群全无纪律和效率可言的人类，心中最深层的情感慢慢苏醒……