ある日、いたずら小僧がロケットに無断で乗り込み、ゲルマンの宇宙船と衝突してしまう。その宇宙船には、オーロラ星の王子アトムが乗っていた。ゲルマンによって失われたアトムの超能力を取り戻そうとするヤン博士を阻止するため、ゲルマンが攻撃を仕掛けるが、サンダー・アトムは超能力を取り戻し、彼らを打ち破る。ヤン博士は反撃のためX7号に乗りオーロラ星に到着するが、ヤン博士一行が偵察に出かけた隙に、チェ博士に変装したX37号などにイ博士が誘拐され、X7は破壊される。戻ってきたヤン博士一行も誘拐され、サンダー・アトムはゲルマンのロボットたちを打ち負かすが、ゲルマンは人質に取った王女を利用して降伏を受け入れさせようとする。一方、X7からこっそり抜け出したいたずら小僧と乳母は、ゲルマンの怪物たちを打ち破るという紆余曲折の末、ゲルマン基地に潜入し、王女を救出し、電波司令室を破壊する。サンダー・アトムはゲルマンのロボットを破壊した後、ヤン博士を救出するが、王女はゲルマンのロボットを操り、死の谷で窮地に追い込まれたゲルマンを攻撃する。人間改造されたヨンヒは救出するが、チェ博士はゲルマンの攻撃で死んでしまう。ついにサンダー・アトムは最後の対決でゲルマンを打ち破り、オーロラ星は平和を取り戻す。