La série relate les aventures du jeune génie de 14 ans, Hiro et de son robot, Baymax. Avec Wasabi, Honey Lemon, Fred et Go Go, ils forment les "Nouveaux Héros" et devront protéger la ville d'une multitude de méchants scientifiquement améliorés. En tant que nouveau prodige à l'Institut de Technologie de San Fransokyo, Hiro doit aussi faire face à des défis redoutables, sans oublier les tracas quotidiens d'un adolescent normal.