Kisah ini bersetting di tahun 2020. Ketika zaman telah berubah menjadi high technology. Charlie Kenton merupakan seorang mantan petinju. Saat petinju – petinju manusia digantikan robot, Charlie pun pensiun dan beralih profesi sebagai promotor tinju robot kecil – kecilan. Charlie ini seoarang yang ceroboh, egois dan sering mengalami kekalahan dalam pertandingan sehingga membuat dia memiliki hutang dimana-mana. Robot terakhirnya, Ambush, terkalahkan oleh seekor banteng.
Charlie akan melarikan diri saat ada dua orang yang mengejarnya, Charlie mengira mereka adalah para penagih hutang. Diluar dugaan ternyata orang itu memberitahukan kalau mantan pacar Charlie sudah meninggal dan Charlie diminta datang ke pengadilan untuk memutuskan hak asuh atas Max Kenton, anaknya Charlie yang tidak pernah ia kenal sejak lahir.
Di pengadilan, Debra (bibinya Max) dan Marvin suaminya yang kaya raya. Debra sangat menginginkan hak asuh atas Max, lalu timbul niat jahat Charlie untuk mendapatkan uang dari suaminya Debra. Niat Charlie seperti tidak ada hambatan karena tanpa sepengetahuan Debra, Marvin menemui Charlie dan bilang kalau ia ingin membahagiakan Debra dengan mendapatkan hak asuh atas Max, tapi Marvin minta untuk sementara Max mengurus Charlie dulu karena ia dan Debra harus ke Italia. Marvin bilang Charlie tidak usah khawatir karena ia akan bilang pada Debra kalau Charlie ingin bersama Max dulu sebelum Debra mengambil hak asuh Max secara penuh. Harga yang disepakati 100,000$, dan Marvin memberikan Charlie 50,000$ dan setengahnya lagi akan ia berikan saat mengambil Max.
Charlie ingin membeli robot "Noishy Boy" tetapi Bailey melarangnya karena Charlie tidak memiliki uang. Charlie bilang sebentar lagi uangnya akan datang dan Marvin datang memberikan Charlie uang dan mengantarkan Max padanya. Marvin dan Debra pamit pergi ke Italia.
Max tahu kalau Marvin memberikan uang pada Charlie, Max kecewa karena merasa Charlie menjualnya. Charlie bilang ia tidak menjual melainkan uang itu akan dipakai untuk membiayai Max selama tinggal bersamanya. Max minta ½ dari uang pemberian Marvin dan bilang ia bisa mengurus dirinya sendiri dan tidak butuh Charlie. Bailey datang dan berkenalan dengan Max yang merupakan anak Charlie. Charlie memberikan uang 45,5000$ pada Bailey untuk membeli Noishy Boy. Dengan berat hati Max mengikuti Charlie.
Charlie sangat senang karena ia bisa membeli Noishy Boy, Max sangat terpesona dengan robot Noishy Boy yang ada di depannya. Noishy Boy ternyata punya kelebihan dapat mengenali sensor suara, Max yang berhasil mencobanya pakai bahasa Jepang, lalu Bailey merubah setingannya ke bahasa Inggris, lalu Charlie juga bisa mencobanya.
Charlie ingin menitipkan Max pada Bailey karena Charlie akan mengikutsertakan Noishy Boy pada pertandingan. Max memaksa ikut Charlie akhirnya Charlie juga membawa Max. Max marah pada Charlie karena mempertaruhkan Noishy Boy demi nilai uang yang cukup tinggi. Prediksi Max ternyata benar Noishy Boy kalah ditangan robot Midas, Max sangat sedih karena di Jepang Noishy Boy adalah robot juara.
Charlie bilang pada Biley kalau Noishy Boy kalah dan ingin membuang robot yang rusak itu. Max marah pada Charlie dan bertanya apa Charlie selalu membuang hal yang sudah tidak berguna??? Max kesal karena selama ini Charlie tidak pernah menjadi ayah untuknya.
Charlie lalu membawa Max menyusup ke gudang robot – robot yang tidak terpakai, barangkali mereka menemukan sesuatu yang bisa untuk memperbaiki Noishy Boy. Tiba – tiba Max terjatuh ke tebing, beruntung Max tersangkut ditangan robot padahal dibawahnya ada aliran sungai yang sangat deras. Charlie lalu turun dan berhasil menyelamatkan Max. Max minta Charlie membantunya menggali robot yang tangannya telah menyelamatkannya, Charlie tidak mau dan bilang ia yang telah menyelamatkan Max. Charlie bilang robot itu sudah tidak berfungsi dan tidak berguna, kalau Max mau membawanya, Max harus membawanya sendiri.
Max berhasil menggali dan membawa robot itu ke atas dengan susah payah. Max lalu memukuli Charlie karena tidak mau membantunya.
Charlie lalu minta tolong Bailey untuk memeriksa robot yang di bawa Max. Robot itu ternyata masih hidup dan bisa mengikuti gerakan manusia. Charlie bilang akan mengikutsertakan robot itu dalam pertandingan. Max tidak mau mempertaruhkan robotnya karena trauma kasu Noishy Boy. Max bilang pada Charlie kalau robot itu miliknya bukan milik Charlie.
Max bertanya pada Bailey, Charlie itu seperti apa? Bailey bilang kalau Charlie adalah seorang petinju yang handal sebelum robot – robot menggantikan manusia di ring tinju, meskipun Charlie belum pernah juara tapi ia penuh semangat. Max bahkan melihat kliping Charlie di Koran yang diberikan Bailey, diam – diam Max mulai bangga pada ayahnya.
Max melihat nama robot yang ditemukannya itu Atom, Max memberitahukannya pada Bailey dan Charlie. Max selalu melatih Atom, Max juga menggunakan sensor yang dipakai Noishy Boy supaya Atom bisa peka dengan perintah suara. Max minta Charlie mengikutsertakan Atom dalam pertandingan.
Charlie lalu mengajak Max menemui temannya, di tempat itu Max melihat Zeus robot juara WRB ( World Robot Boxing ) yang dikendalikan oleh Tak Mashido dan disponsori oleh Farra Lemkova. Max tidak percaya bisa melihat Zeus dari dekat. Dari temannya, Charlie tahu kalau ada pertandingan kecil di Shafeer Zoo yang bisa diikuti oleh robot pemula seperti Atom.
Pertarungan Atom di Shafeer Zoo mendapatkan kemenangan dan dari sanalah kemenangan demi kemenangan diraih Atom, seketika Atom menjadi terkenal dan kekuatannya menjadi perbincangan di mana – mana. Kemenangan beruntun yang diraih Atom membawanya ke pertandingan WRB ( World Robot Boxing ) di Virgin America Spectrum, di mana pertarungan itu bukan pertandingan kelas bawah yang biasa di ikuti oleh Charlie sebelumnya.
Dalam mempersiapkan pertandingan di WRB, Max minta Charlie melatih Atom tinju. Charlie menyanggupinya asal Max mengajari Charlie berdansa seperti yang selalu dilakukannya dengan Atom. Atom menjadi robot yang kuat, dengan sensor suara dan bisa mengikuti gerakan.
Hari pertandingan semi final WRB tiba dan lawan Atom adalah Twin Cities. Sebelum pertandingan di mulai, Farra Lemkova meminta Charlie menjual Atom dengan harga 200,000$ padanya, Charlie mengiyakan tapi Max tidak. Charlie bilang WRB bukan ajang pertandingan biasa dan robot – robotnya sangat kuat dan bisa melukai Atom. Max bilang akan bertarung sampai akhir meskipun Atom harus kalah, bukankah Charlie juga sudah biasa dengan kekalahan. Farra Lemkova bilang tawarannya untuk membeli Atom berlaku sampai pertandingan di mulai tapi Max menegaskan kalau ia tidak akan pernah menjual Atom.
Dalam pertandingan WRB ternyata Atom berhasil mengalahkan Twin Cities. Seketika semua media langsung meliput berita tentang kemenangan mereka. Atom, Charlie dan Max menjadi terkenal dan Bailey pun sangat senang. Atom masuk final untuk melawan Zeus dan akan membuktikan siapa real steel yang sesungguhnya.
Charlie dihadang oleh Ricky musuh bebuyutannya dalam pertandingan – pertandingan robot. Ricky dan anak buahnya membawa semua uang Cahrlie dan memukulinya, Max juga kena pukul karena melawan dan ingin menolong Charlie. Ricky menghina Charlie dan Max bilang jangan menghinanya “karena dia ayahku”. Charlie pingsan dan Ricky meninggalkannya. Max memberikan jaketnya untuk Charlie. Saat Charlie sadar ia melihat dirinya yang tidur memakai jaket Max dan melihat Max yang tertidur pulas. Charlie merasa kasihan pada Max karena terlibat dalam hidup keras seperti dirinya.
Marvin memberikan sisa uangnya pada Charlie tapi Charlie tidak menerimanya. Debra menjemput Max, Max marah pada Charlie karena ia ingin bersama Charlie dan melanjutkan pertandingannya. Charlie bilang pada Max, Max akan hidup layak jika tinggal dengan Debra karena Debra punya segalanya. Dengan berat hati Max mengikuti Debra dan minta Charlie untuk mengerti dirinya.
Bailey melihat Charlie yang murung, Bailey bilang Max pasti sangat menginginkan pertandingannya. Charlie berpikir dan ia memutuskan akan menjemput Max.
Charlie datang dan minta maaf pada Max karena telah mengecewakannya. Charlie bilang ia ingin menebus kesalahannya dengan mengajak Max melanjutkan pertandingan Atom di WRB. Debra mengizinkan tapi hanya satu malam Charlie boleh membawa Max, Max sangat senang.
Final WRB tiba anatara Zeus dengan Atom, keduanya merupakan robot yang kuat dan tidak terkalahkan. Pertandingan itu ada 5 ronde, meskipun Atom terlihat sangat kuat di pertandingan tapi tetep skor nilai yang banyak didapatkan oleh Zeus. Padahal Zeus hampir mati kalau tidak diselamatkan oleh bel tanda pertandingan berakhir. Meskipun Atom hanya juara 2 tapi Atom mendapatkan julukan “juara rakyat”. Saat pertandingan final ini, Bailey, Marvin dan Debra juga ikut menyaksikan secara langsung.
