《机器人9号》中，机器人9号（伊利亚•伍德 Elijah Wood 饰）意外苏醒，映入眼帘的是满目疮痍、危机四伏的末世世界。他带着一个绘有三个神秘符号的圆形物体逃到街头，途中遇到发明家机器人2号（马丁•兰道 Martin Landau 饰），对方为他装上了声音。然而，2号很快被机器怪兽掳走。
为了寻找2号，9号结识了老兵1号（克里斯托弗•普卢默 Christopher Plummer 饰）、机械工5号（约翰•雷利 John C. Reilly 饰）、疯癫画家6号（克里斯品•格拉夫 Crispin Glover 饰）和大力士8号（弗雷德•塔塔绍尔 Fred Tatasciore 饰）。之后，9号与5号擅自踏上营救2号的旅程，危急关头得到女武士7号（詹妮佛•康纳利 Jennifer Connelly 饰）相救。可在阴差阳错之下，9号却唤醒了沉寂已久的终极机器兽。面对自己诞生的秘密和肩负的生存使命，9号决定不惜一切代价击败机器兽，拯救全世界。
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