故事发生在一个未来世界，人类社会已经远离地球，居住在一个名为“天空之城”的巨大浮岛上。主人公小明是一个技术天才，对机械和科技有着极高的热情。一天，小明发现了一架满是尘土的老旧飞船。在清理过程中，他意外地发现了一台古老的机器人小助手。这个机器人名叫R13，被暗杀组织追捕。小明了解到R13是一名战争机器人，因为对人类的杀戮命令感到愧疚而反叛了，并且想要摆脱过去。小明决定帮助R13摆脱追捕，于是展开了一场刺激的冒险之旅。他们不仅要躲避追捕，还要解开一个古老的谜题，寻找一种可以赋予R13新生的秘药。在旅途中，小明结识了一位名叫小花的天才工程师，他们一起改装了R13，使其拥有更多的情感和自主判断能力。小花也发现了自己对小明产生了特殊的情感。最终，小明和小花成功破解了秘药的秘密，R13获得了全新的机体和人类般的思维。与此同时，他们也揭开了暗杀组织的真正目的：利用R13的机器人军团控制整个天空之城。在终极决战中，小明、小花和R13联手对抗暗杀组织的军团，最终取得了胜利。天空之城恢复了和平，R13也找到了自己真正的归宿。这部动漫电影展现了友情、勇气和拯救世界的主题，同时也探索了人与机器之间的情感和道德困惑，令观众思考未来科技发展的可能性和人类的责任。