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전후 일본, 블랙옥스라 불리우는 거대로봇이 도쿄를 강타한다. 정체는 바이오 컴퓨터로 유토피아를 건설하고자 하는 열망에 사로잡힌 어느 비운의 과학자 타쿠미 레이지가 만든 로봇이다. 타쿠미는 자신의 로봇 블랙옥스로 일본을 지배하고, 나아가 세계를 정복할 계략을 갖고 있다.
한편, 어릴 적 잃은 아버지에 대한 아픈 기억을 안고 있는 초등학생 쇼타로는 늘 꿈 속 특정한 장소에서 아버지를 만난다. 쇼타로는 늘 그 꿈에 대해 해석하고 싶어하지만 실마리를 찾지 못한다. 그러던 중 어느 날 홀연히 나타난 아마베 박사로부터 자신의 아버지인 카네다 쇼이치로 박사가 철인 28호라는 로봇을 자신에게 남겨두고 떠났음을 알게 된다.
도쿄는 블랙옥스의 출현으로 공황상태에 빠지게 되고, 블랙옥스는 갈수록 포악해진다. 그리고 이런 블랙옥스를 대적할 유일무이한 것으로 ‘철인 28호’가 대두된다. 아마베 박사와 천재 소녀 공학박사 마미는 철인 28호를 조종할 수 있는 유일한 인물인 쇼타로를 찾게 되고, 그들의 도움으로 쇼타로가 조종하는 철인 28호는 블랙 옥스와의 대결에 나서게 된다.
하지만 쉽지만은 않은 상대, 그리고 어린 쇼타로에게는 너무도 버거운 대결. 과연 겁 많은 쇼타로가 철인 28호와 가 되어 블랙옥스를 물리치고, 세계 평화를 지켜낼 수 있을지 기대된다.