Hiro Hamada, jeune cybernéticien de génie, et son fidèle compagnon, le dodu Baymax, qui allie la corpulence du Bibendum et la physionomie d'Arthur le fantôme, sont amenés à déjouer un complot criminel menaçant de détruire San Fransokyo. A leurs côtés marchent GoGo Tamago, Wasabi, Honey Lemon et Fred. Ces super-héros, les Big 6, viennent du Japon où ils jouent un rôle semblable à celui des Avengers. Via Marvel, ils accèdent de plain-pied dans la culture américaine puisqu'ils font l'objet du 54e «Classique d'animation» des studios Disney et le cinquième à tâter de la science-fiction après L'Atlantide, La Planète au trésor, Lilo & Stitch et Chicken Little.