In einer alternativen, retro-futuristischen Version der 1990er Jahre, in der einst friedliche, cartoonartige Roboter nach einem Aufstand ins Exil verbannt wurden, gerät das Leben der elternlosen Teenagerin Michelle (Millie Bobby Brown), aus den Fugen. Der Roboter Cosmo (Devyn Dalton) sucht sie auf und bringt alles, was sie über die Welt zu wissen glaubte, ins Wanken. Der charmante, aber geheimnisvolle Cosmo scheint von ihrem jüngeren Bruder Christopher (Woody Norman) gesteuert zu werden – einem genialen Tüftler, den Michelle längst für tot hielt. Entschlossen, ihn zu finden, begibt sie sich mit Cosmo auf eine abenteuerliche Reise durch den Südwesten der USA. Dabei begegnet sie widerwillig dem Schmuggler Keats (Chris Pratt), und seinem stets scherzenden Roboter-Freund Herman (Anthony Mackie). Gemeinsam dringen sie in eine isolierte Wüstenregion vor, in der die verbannten Roboter leben. Dort entdecken sie nicht nur neue animatronische Verbündete, sondern auch die dunkle Wahrheit hinter Christophers Verschwinden.
Verfilmung des gleichnamigen apokalyptischen Bilderromans von Simon Stålenhag.