Из лаборатории профессора Громова сбегает робот Электроник, как две капли воды похожий на мальчика с журнальной обложки, внешность которого использовалась при создании Электроника. Случайным образом обстоятельства складываются так, что «двойники» встречаются.

В это же время «где-то за границей» действует банда преступников, возглавляемая криминальным авторитетом Стампом. Он поручает Урри, лучшему гангстеру из всей шайки, найти и похитить Электроника, который нужен для участия в «преступлении века» — ограблении картинной галереи. Урри прибывает в нашу страну для выполнения задания.

Шестиклассник Серёжа Сыроежкин быстро берёт Электроника в оборот: предлагает ему ходить в школу вместо себя и даже появляться дома, утверждая, что именно таким образом тот и «станет человеком» (это является идефиксом Электроника). Никто не может отличить Электроника от Сергея. У него появляются друзья. Учителя не могут нарадоваться на способного ученика, внезапно проявившего невиданные таланты в математике, физкультуре, рисовании и даже в пении. Родители Сергея тоже не подозревают о подвохе и только радуются успехам псевдосына.

Урри раз за разом терпит неудачу, поражаясь уникальным способностям Электроника. При этом он твёрдо уверен, что у робота должна быть «кнопка», которая его выключит и позволит спокойно похитить.

Со временем Сыроежкин понимает, что остался не у дел, поскольку робот занял его место в жизни. Сознавая безысходность своего нового положения, Сергей решает «выйти из подполья», признавшись друзьям, что последние дни его в школе и дома заменял робот.

Урри не оставляет своих попыток. В итоге, с помощью чемодана, парализующего робота, ему удается украсть Электроника и в этом чемодане на мотоцикле вывезти за границу. Доставив робота Стампу, Урри вместо благодарности получает недоверие: заказчик не верит, что у Электроника нет кнопки, и «лучшего гангстера» лишают свободы, обвиняя его во лжи. Однако, постепенно Стамп понимает, что с Электроником действительно лучше разговаривать как с человеком, а не как с роботом. Наивным, но всё же человеком. Обманом он готовит его к «ограблению века», в котором всю «грязную» работу должен будет выполнить робот.

Тем временем на родине Электроника творится хаос. Учителя признают недействительными все «пятёрки», которые успел получить Электроник, замещая Сыроежкина, и требуют от последнего немедленной пересдачи по всем предметам. Общественное мнение недвусмысленно указывает Сыроежкину, что он просто обязан выучить все школьные дисциплины и сдать их не хуже робота. С большим трудом у него это получается.

Между тем, за границей происходит «преступление века». Убедив Электроника (для которого всеобщее благо и правда превыше всего), что в здании галереи (всего-навсего закрытой на ночь) находятся великие полотна художников всех времён, которые правительство не даёт лицезреть простым горожанам, Стамп просит Электроника и Рэсси (с участием Урри, заключённого в бронзовую фигуру) изъять полотна из здания, чтобы потом их «выставить на всеобщее обозрение». Электроник через передатчик пытается связаться с Сыроежкиным, чтобы тот прояснил ему ситуацию, но безуспешно (второй аналогичный прибор утерян), и ему никто не отвечает. Люди Стампа, обманув легковерных охранников, доставляют в музей Электроника с Рэсси, загримированных под скульптуру «Мальчик с собакой» (герб города, где происходит ограбление), и Урри внутри бронзовой фигуры. Электроник отключает сигнализацию и впускает внутрь бандитов. Похищенные картины, Урри в бронзовой фигуре и Электроника с Рэсси они запирают в фургоне грузовика и вывозят из музея. По дороге Урри «раскрывает глаза» Электронику на истинный облик Стампа, и Электроник решает исправить свою ошибку, вернув картины. Он захватывает грузовик и направляется обратно в музей, преследуемый бандитами. Действуя согласно полученной наконец инструкции (второй приёмо-передатчик нашёлся), Электроник запускает стоящие уже много лет башенные часы и прикрепляет вырезанные грабителями из рам полотна к поворотному механизму, выходящему на площадь. Бой часов будит весь город, полотна вращаются напоказ всему городу, разочарованный Стамп покидает музей ни с чем, а Электроник и Рэсси забираются на шпиль здания и замирают там, как мальчик с собакой на городском гербе.

Проходит какое-то время и Громов привозит Электроника к школе. Все ученики высыпают ему навстречу. За кадром звучит песня «Ты — человек».