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晚清期间，黄飞鸿作为南派少林武功传人，在佛山一带已具盛名。某日，黄带同徒弟梁宽及牙擦苏到广州接远从美国回来的十三姨。三人路经铁路工地时，无故惹来工程总管十一少粗暴对待，继而产生争执。不久，黄因出面阻止十一少在闹市胡作非为，双方积怨日深，但却深受猪肉荣等坊众爱戴，恳请黄在当地开办“宝芝林”，设馆授徒，悬壶济世。开张之日，十一少竟派狮队前来抢青捣乱，并假借洋人之手置黄于死地，无奈技不如人，十一少阴谋未能得逞。他本身为关帝厅头目，恃着何提督撑腰，暗中从事贩卖鸦片、人口等罪恶勾当，一直视黄为深腹大患，急欲除之。后得悉黄与反清志士来往，密报提督将其收监并施以凌辱。 众人为救黄四处奔忙，适逢提督受洋人压力，惟有将之释放，但下令将黄等人逐出广州。黄深感不平，途经铁路工地时，得知十一少等贩卖人口罪证。黄为了匡扶正义，救牙擦苏，实行深入虎穴。。在未来世界，由于痛失爱子，天才科学家天马博士（尼古拉斯·凯奇 Nicolas Cage 配音）创造出了机械人阿童木（弗莱迪·海默 Freddie Highmore 配音），想以此来作为儿子的替身，寻找安慰。虽然，阿童木拥有博士儿子的情感和记忆，而且先进的程序还在不断完善其情绪，并让他富有同情心。可是，博士始终无法接受失子之痛，对阿童木也不能正确对待，并认为他不是人类而将其抛弃。阿童木沦落为无家可归的流浪儿，而且还备受军方的四处通缉，并最终被抓住。军方要求天马博士拿掉阿童木的能源，让它变成军方机器人的能源配备。在最后时刻，天马博士突然醒悟，并协助阿童木逃走。面对军方的围追堵截，阿童木奋起反抗，最终一场惊世大战一触即发。在不断的旅行过程中，阿童木也逐渐成长，他也接受了自己这机械与人类结合的设计，并肩负起全人类生死存亡的重任。。