Endlich lernt Robotertechnik-Wunderkind Hiro Hamada sein Genie sinnvoll zu nutzen, auch dank seines brillanten Bruders Tadashi und ihrer gleichgesinnten Freunde: Adrenalin-Junkie Go Go Tamago, Sauberkeitsfanatiker Wasabi No-Ginger, Chemie-Ass Honey Lemon und Fanboy Fred. Als sie eine katastrophale Wendung der Ereignisse mitten in eine gefährliche Verschwörung katapultiert, die sich auf den Straßen von San Fransokyo entfaltet, wendet sich Hiro an seinen besten Kumpel, den selbstgebauten Roboter Baymax, und verwandelt die Gruppe in ein Hightech-Heldenteam, um das Mysterium zu lösen.
