Um azarado ciclista chamado Miles descobre por acaso um cão robótico avançado, militar e mecânico chamado A.X.L., cujo coração é de um cão real e o resto do corpo está equipado com inteligência artificial de nova geração. No convívio diário, Miles e A.X.L. desenvolvem gradualmente uma forte ligação. Quando um cientista militar sem escrúpulos está disposto a tudo para recuperar o robô, Miles une forças com a sua paixão secreta, a astuta Sara, embarcando numa jornada épica para proteger o seu novo amigo.