《超人总动员》讲述了曾经叱咤风云的超人特工鲍勃·帕尔（绰号“不可思议先生”）在退休后重披战袍的冒险故事。影片开场展现了鲍勃与搭档“弹力女超人”海伦的黄金时代，他们打击犯罪、拯救民众，最终组建家庭并隐退江湖。十五年后，昔日的英雄沦为保险公司普通职员，日渐发福的身材和琐碎的工作让他陷入中年危机，只能偷偷用监听警用频道的方式回味往昔荣光。 　　转机出现在鲍勃收到神秘女子“幻影”的委托，她声称有邪恶机器人正在追杀退役超人。压抑已久的英雄魂被点燃，鲍勃瞒着家人接受了任务，却意外发现幕后黑手竟是曾被自己冷落的发明家巴迪（即“酷冰侠”）。这个因崇拜生恨的天才制造出人工智能“奥创”，开始系统性地猎杀全球超人。当鲍勃被困孤岛基地时，海伦带着三个拥有超能力的子女——会隐身的小倩、飞毛腿小飞和婴儿小杰前来营救，全家被迫联手对抗失控的机械军团。 　　高潮段落中，帕尔一家在都市上空与智能飞行器展开激战，婴儿小杰展现出的多种超能力成为制胜关键。最终巴迪的披风被卷入飞机涡轮机自食恶果，而重新团结的超人家庭也意识到：真正的力量来自彼此的信任与支持。影片以全家观看小飞参加运动会的温馨场景作结，暗示着英雄们将以全新方式继续守护世界。