Au Quartier Général, le centre de contrôle situé dans la tête de la petite Riley, 11 ans, cinq Emotions sont au travail. A leur tête, Joie, débordante d'optimisme et de bonne humeur, veille à ce que Riley soit heureuse. Peur se charge de la sécurité, Colère s'assure que la justice règne, et Dégoût empêche Riley de se faire empoisonner la vie - au sens propre comme au figuré. Quant à Tristesse, elle n'est pas très sûre de son rôle. Les autres non plus, d'ailleurs...

Hiro Hamada, un petit génie de la robotique, découvre qu’un complot criminel menace de détruire la ville de San Fransokyo. Avec l’aide de son plus proche ami, Baymax le robot infirmier, et de ses compagnons, qu’il va transformer en une bande de super-héros high-tech, Hiro va tout faire pour sauver la ville et sa population de l’infâme Yokai...