O filme conta a história de um órfão que vive em segredo nas paredes de uma estação de comboios de Paris. Com a ajuda de uma rapariga excêntrica, ele procura a resposta para uma misteriosa ligação entre o pai que perdeu recentemente, o mal-humorado dono da loja de brinquedos que vive por baixo dele e uma fechadura em forma de coração, aparentemente, sem chave.

Charlie Kenton é um ex-pugilista que perdeu a sua oportunidade de ganhar o título quando robôs gigantes tomaram conta do ringue. Charlie, é agora um insignificante promotor de combates que sobrevive a arranjar, peça a peça, robôs já descartados que posteriormente utiliza em combates ilegais. Quando já pouco ou nada resta da sua dignidade, Charlie, relutantemente, junta-se ao seu filho Max, em cuja vida nunca esteve presente, para construir e treinar um verdadeiro campeão. Quando, na brutal e implacável arena é elevada a fasquia, Charlie e Max, contra todas as expectativas, encontram ali a sua última chance para um regresso apoteótico.

Desenvolvido exclusivamente pelo governo para fins secretos, A.X.L é um cão robótico dotado de extrema rapidez e força acima da média. Porém, quando ele conhece o jovem Miles (Alex Neustaedter), surge um inesperado sentimento recíproco de amor e carinho que faz com o robô faça qualquer coisa para proteger seu novo dono, que agora se torna foragido por roubar um protótipo governamental.