Juno MacGuff er en kul, selvsikker tenåring som tar en ni måneder lang rundtur i de voksnes verden på grunn av en ikke planlagt graviditet og bestemmer seg for å finne de perfekte foreldrene til babyen sin. Med hjelp fra sin sjarmerende, beskjedne kjæreste, en forståelsesfull far og en nøktern stemor velger Juno ut et velstående ektepar som gleder seg til å adoptere sitt første barn.

En robotgutt, den første som er programmert til å elske, blir David som en testsak adoptert til en av Cybertronics ansatte og hans kone. Selv om han etter hvert blir som deres barn, gjør en rekke uventede omstendigheter dette livet umulig for David. Uten endelig anerkjennelse av mennesker eller maskiner, begynner David på en reise for å oppdage hvor han virkelig tilhører. Avdekker en verden seg der forskjellen mellom robot og maskin er både stor og fryktelig liten.

Augustens mor er en bipolar upublisert dikter som drømmer om berømmelse og hvis ekteskap med hans far er falt i ruiner. Moren går snart til den meget eksentriske psykiatrikeren Dr. Finch, mens Augusten blir passet på av Finchs uortodokse familie.