BoBoiBoy ialah anak watan Kuala Lumpur yang datang ke Pulau Rintis sempena cuti sekolah untuk menemani datuknya, Tok Aba menjaga kedai kokonya. Pada masa yang sama sekumpulan makhluk asing yang diketuai Adu Du datang untuk menakluki dan membolot hasil koko Bumi. Oleh yang demikian, BoBoiBoy dan kawan-kawan setempatnya, Yaya, Ying dan Gopal diberi kuasa-kuasa super untuk menentang Adu Du serta makhluk asing jahat yang lain bagi melindungi Bumi mereka.

BoBoiBoy dapat mengawal dan berpecah kepada beberapa elemen yang berlainan yang terdapat di planet Bumi. Yaya boleh terbang, mengangkat benda berat dan mengawal kuasa graviti. Ying boleh memecut laju dan mengawal kuasa masa, manakala Gopal pula boleh menukarkan satu objek kepada makanan atau objek yang lain.

Sepanjang kisah ini dalam usaha menentang ancaman musuh, BoBoiBoy dan kawan-kawan dibantu oleh wira-wira lain, antaranya ialah Papa Zola, seorang watak permainan video yang keluar ke dunia nyata secara tidak sengaja dan Fang, seorang budak penjurus bayang sebaya dengan BoBoiBoy yang mula-mula disangka musuh tetapi rupanya juga mendapat kuasa.

Selain Adu Du, juga terdapat ancaman musuh-musuh dari dalam dan luar Bumi, terutama sekali makhluk-makhluk asing yang sama keturunan dan spesies dengan Adu Du dan raksasa dan robot ciptaan Adu Du sendiri.