迈洛是个普通的地球男孩，某晚因琐事与妈妈发生激烈争执，气恼之下口不择言。然而当他想去道歉时，一束神秘强光突然降临，将妈妈整个吸走。迈洛毫不犹豫地追上去，竟悄无声息地登上一艘巨型飞船，被带往遥远的火星。火星并非他想象中荒凉死寂，这里居住着大量由土壤培育出来的火星人，他们拥有独特的文明和科技。但统治火星的独裁者是一位极其厌恶人类、尤其痛恨地球母亲的领袖，她下令将人类母亲抓来，企图抽取她们的母性特质来完善火星人的育儿系统。被囚禁的妈妈危在旦夕，而迈洛在逃亡中结识了一台被遗弃却心地善良的清洁机器人“小哥”，两人结成临时同盟。为了救出妈妈，迈洛和小哥在火星地下管道和奇异都市间穿梭，既要躲避巡逻机器人的追捕，又要破解母性抽取装置的秘密。在冒险途中，迈洛逐渐体会到母亲平日操劳的不易，也学会用勇敢与同理心去对待这个陌生的世界。最终，他们团结起一批同样渴望自由的火星人，向独裁者发起决战，不仅拯救了妈妈，也让火星重新找回温暖与亲情的力量。