과학청 장관, 텐마 박사의 꿈은 인간과 같은 마음을 가진 로봇을 만드는 일이다. 로봇 개발에 몰두해 자신과 시간을 보내주지 않는 부친에게 마음이 상한 토비오는 로봇 카를 타고 거리로 나섰다가 사고로 사망하고, 텐마는 아들의 마지막 소원을 들어주기 위해 어린이 로봇을 완성, 로봇에게 토비오라는 이름을 붙여 준다. 한편 텐마 박사의 로봇 설계도를 훔치는 데 성공한 발푸르기스 남작은 설계에 오메가 인자를 더한 악의 로봇, 아틀라스를 만들어 내는데 성공한다.
미국으로 떠나기로 결심한 텐마 박사는 토비오와 함께 미국행 배에 오른다. 토비오가 일으키는 갖은 사고에 지쳐버린 박사는 토비오를 내쫓아 버리고, 자신이 아들임을 부정하는 박사의 차가운 말에 토비오는 상처를 받는다. 풀죽은 토비오를 제 것으로 만들려 접근하는 로봇 서커스단의 단장. 토비오는 아틀라스의 공격으로 침몰의 위기에 처한 배를 구해내지만 결국 에너지가 바닥난 채 단장의 손에 끌려가고야 만다.
단장의 손에 이끌려 로봇 서커스에서 일하게 된 토시오. 실수투성이 토시오에게 서커스에서의 생활은 고되기만 하지만 다행히 캐시라는 여성 로봇이 토시오를 잘 보살펴준다. 그러던 중 전극 그네 공연자인 토네이도가 망가지는 사고가 일어나고, 이로 인해 시카고 공연의 무산되면서 서커스단이 파산할 위기에 처한다. 그때 전극 그네 공연을 할 수 있는 로봇이 있다고 주장하는 캐시. 그리고 그녀가 내세운 주인공은 다름 아닌 토시오였다.
로봇 인권 선언으로 인해 학교에 갈 수 있게 된 아톰. 오차노미즈 박사의 친구인 콧수염 염감 선생님은 아톰을 자신의 반으로 데리고 간다. 로봇과의 수업에 반감을 갖는 아이들 속에서 다행히 친구들을 사귄 아톰. 한편 아톰의 한 표 때문에 반장에 뽑히지 못한 시부가키는 엄마를 이용해 아톰을 학교에서 쫓아내려고 하고 아톰은 차갑게 자신을 내쫓으려는 인간의 모습에 또다시 상처를 받는다.
오차노미즈 박사의 도움으로 아톰의 부모 로봇 만들기 프로젝트가 시작되고, 아톰은 부모가 될 로봇을 지켜보며 즐거운 시간을 보낸다. 한편 발푸르기스 남작과의 싸움으로 쓰러졌던 아틀라스는 완전히 다른 모습으로 나타나 로봇 유닛들을 훔쳐가 버린다. 도둑맞은 유닛에 부모님이 포함돼 있다는 사실을 안 아톰. 부모를 되찾기 위해 아틀라스를 찾아간 아톰에게 아틀라스는 인간을 정복하겠다는 포부를 드러내며 자신과 손을 잡을 것을 제안한다.
로봇들의 꿈의 섬, 동화의 나라 로봇랜드. 아름답게만 보이는 놀이공원 로봇랜드에서 오데트 공주가 탈출한다. 우연히 아톰을 만난 오데트 공주는 로봇랜드가 무서운 곳이라는 곳을 알리는 데 성공하지만 대마왕 사탄에게 다시 잡혀가 버리고 아톰은 로봇랜드의 실체를 밝히기 위해 오차노미즈 박사와 함께 로봇랜드에 방문한다. 그리고 그곳에서 만난 박사의 옛 동료 하이도 박사는 무언가를 감추고 있는듯 서들로 아톰 일행을 돌려보내려 하는데...
시미즈 마리
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