在一个宁静的夜晚，少年迈洛（赛斯·格林 配音）和妈妈发生争吵。自感言语过于伤人，迈洛决定向妈妈道歉，却看见黑暗中一道强光将妈妈虏去。他一路追赶，登上了那艘神秘的飞船，竟意外来到了万里之遥的火星。原来火星人都从土壤中长出，住在火星的雌性不知如何照顾孩子，因此发明了保姆机器人，并从地球上劫持她们相中的母亲，提取她的记忆和经验输入机器人的程序中。迈洛从躲藏在火星垃圾站附近的人类格里布（丹·福格勒 配音）口中得知，妈妈的记忆在提取后将忘记一切。在格里布和火星女孩葵（伊莉莎白·哈诺伊斯 配音）的帮助下，迈洛展开了营救妈妈的不可能任务……