En l'an 2003, le monde est couvert par la technologie et la science, et les robots vivent en société avec les hommes. Au Japon, le respectable Docteur Tenma est une figure dominante des sciences, et a contribué à la modernisation du pays. Un jour, son fils unique, Tobio, se fait tuer dans un accident de voiture. Pris de désespoir et ne pouvant accepter cette perte, Tenma décida de faire bâtir un robot à l'image de son fils afin de le remplacer, et fut muni de super-pouvoirs pour qu'il ne soit plus victime de quelque accident.
Bien que le nouveau Tobio s'humanisa et développa l'âme d'un garçon humain, Tenma se rendit compte qu'un robot ne pourrait jamais remplacer son fils après qu'il s'aperçut qu'il ne grandirait jamais comme un vrai enfant. Il le rejeta, le renia et le vendit à un cirque de robots dont le directeur était très cruel envers les artistes. Mais Tobio fut recueilli par un savant, le professeur Ochanomizu, qui le prit sous son aile et décida de faire de lui un super-héros, renommé Astro, qui combattra pour la paix, la justice et la tolérance dans un monde où les robots sont souvent objets de discrimination par les humains.
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