Quan una ruptura interdimensional altera la realitat, Evelyn (Michelle Yeoh), una immigrant xinesa als Estats Units, es veu embolicada en una aventura salvatge en la qual només ella pot salvar el món. Perduda en els mons infinits del multivers, aquesta heroïna inesperada ha de canalitzar els seus nous poders per a lluitar contra els estranys i desconcertants perills.
En Hiro Hamada és un geni de la robòtica de 13 anys que decideix utilitzar les seves aptituds per fer el bé. Amb les seves habilitats científiques uneix forces amb el seu millor amic, el robot Baymaxes, i es converteix en líder d'un equip de superciborgs.