רובוטבוי הוא רובוטמלחמה הנבנה על ידי פרופסור מושימו. עקב ניסיונותיו של ד"ר קמיקזי לגנוב את רובוטבוי, מושימו שלח את רובוטבוי למעריץ הגדול שלו, טומי. טומי בן ה-10 ושני חבריו הטובים מתמודדים מול מזימותיהם של ד"ר קמיקזי ועוזרו קונסטנטין, המנסים לגנוב את רובוטבוי כדי להשתלט על העולם בעזרתו.
רובוטבוי (אסף אבידן): רובוטמלחמה בעל טכנולוגיה מתקדמת ביותר. נבנה על ידי פרופסור מושימו, ונשלח אל טומי כדי ללמוד איך להיות ילד אמיתי. על אף היותו רובוט, יש לו אישיות ורגשות, והוא מדבר ומתנהג כמו בן אדם ומדבר במבטא יפני. ניתן לכבות ולהדליק אותו בעזרת שעון יד מיוחד הנמצא אצל טומי. במצבי חירום הוא מתחזק וגדל. מצב זה נקרא "מצב מתקדם". טומי, גאס, לולה, מושימו, קמיקזי וקונסטנטין הם היחידים שיודעים על כוחותיו.
טומי טרנבול (עמית טולדנו): ילד בן 10, מעריץ גדול של פרופסור מושימו, ומקבל ממנו את רובוטבוי. חברם הטוב ביותר של גאס ולולה. נוהג לריב עם אחיו הגדול, דוני, ומאוהב בבמבי.
אוגוסטוס "גאס" בקמן טרנר (דור צויגנבום): חברו הטוב של טומי. ילד ג'ינג'י, שמן ומטורלל. יעשה הכל בשביל אוכל. בא ממשפחה אמישית. נוהג לקרוא לעצמו "ה-G מן".
לולה מבולה (אורנה כץ): חברתו הטובה של טומי. ילדה אפריקאית ובתו של שגריראפריקאיעשיר. יש לה חתולהלבנה בשם פרינסס. מאוהבת בטומי, ורומזת לו על כך, ללא הצלחה. גאס נוהג "להתחיל" איתה וזוכה למכות ממנה.
פרופסור מושימו (אלי לולאי): היוצר של רובוטבוי. מנהל רומן עם העוזרת היפנית שלו, מיו מיו. מתקשר עם טומי בעזרת השעון המיוחד. במהלך הסדרה יוצר בין היתר את "רובוטגירל" - גרסה נשית של רובוטבוי, "רובוטמן" - רובוט מלחמה חזק יותר מרובוטבוי, ובעל מעבדות שונות ברחבי העולם. התחיל את דרכו כרועה צאן, ובנה בעברו את "פרוטובוי" - אב הטיפוס של רובוטבוי.
קונסטנטין (דדי זהר): עוזרו היפני של ד"ר קמיקזי. אדם גדול ממדים ורגיש מאוד. מאמין באהבה, טבח מצוין ובעל מיומנויות סומו.
ביורן ביורנסון - ילד איסלנדי בגיל של טומי וטוען שהוא יותר טוב מפרופסור מושימו. בעל כפיל רובוטי בשם "ביורן-בוט (או האח ביורן כפי שהוא קורא לו, מדבר באמצעות המילה "יא!"). מטרתם היא לחסל את רובוטבוי ולהפוך את ביורן-בוט לרובוט הלחימה הטוב ביותר בעולם.
קלאוס ואן אפנקוגל - מיליונר בעל גוף חלש במיוחד שרוצה את חלקיו של רובוטבוי כדי לנקום באלה שהתבריינו אליו כשהיה צעיר. בעל משרת גורילה בשם "לודוויג".
גנרל יקיטורי - גנרל בעל צבא רובוטים וגאון מרושע שחלקי הגוף שלו מוחלפים בחלקים ביוניים. אותגר על ידי ד"ר קמיקזי לאתר את רובוטבוי ראשון כדי לראות מי רשע טוב יותר.
דוני טרנבול (מיכאל עינב): אחיו בן ה-13 של טומי. נוהג להציק ולאיים על ילדים, כולל טומי וחבריו. חובב בחורות מבוגרות ממנו. ראה את רובוטבוי בפעולה מספר פעמים, אך איש לא מאמין לו כשהוא מספר זאת.
קורט (מיכאל עינב): סדיסט. בן זוגה של במבי, בה טומי מאוהב. לומד בבית הספר של טומי, אותו הוא שונא, ונראה גם כי אותו הוא רוצה להשמיד בניגוד לשאר הילדים שהוא מתעלל בהם. מסתובב עם שני חברים, שמוכנים לעשות כל מה שיגיד. בנו של סוכן חשאי המנסה להוכיח שרובוטבוי קיים.
במבי (אורנה כץ): חברתו של קורט. בחורה פופולרית בבית הספר, ומושא אהבתו של טומי. לרוב לובשת בגדי מעודדת.
דוויט טרנבול (אלי לולאי): אבא של טומי ודוני. מעריך את דוני יותר מטומי, ומנסה להפוך את טומי לאלוף בספורט. יחסית טיפש.
דב טרנבול (אורנה כץ): אמא של דוני וטומי. האחת שמנסה לשמור על הסדר בבית, שונאת שבעלה עושה דברים מטופשים ומנסה למנוע סכסוכים בבית (בין טומי לדוני), ולמנוע בלגן בבית (גאס וטומי, כאשר הם נמצאים ברוב המקרים).
פרוטובוי: אב הטיפוס של רובוטבוי, שפרופסור מושימו בנה כשהיה צעיר. חסרה בו את האנושיות שיש לרובוטבוי, וד"ר קמיקזי מצליח להשתלט עליו. פרוטובוי התמרד נגדו וקונסטנטין נטרל אותו. מספר שנים לאחר מכן, רובוטבוי העיר את פרוטובוי ורצונו של פרוטובוי היה לחסל אותו. הופיע בפרק אחד בעונה הראשונה, אך המשיך להופיע בשלושה פרקים בשתי העונות האחרונות. בפרק השני שהופיע החליף עם רובוטבוי זהות, בפרק השלישי נקם ורצה לחסל אותו ופרק האחרון שלו הוא כלא את מושימו במפעל וכמעט השמיד אותו עם לבה, עד שרובוטבוי ורובוטגירל הגיעו.
רובוטגירל: גרסה נשית של רובוטבוי ובעלת תכונות דומות. הופיעה בשני פרקים, בפרק האחרון שהופיעה שמה שונה בדיבוב העברי ל"רובובת". בפרק הראשון שהופיעה, רובוטבוי היה צריך ללמד אותה מה שידע מטומי ובפרק השני לקתה באמנזיה ולמדה להתמודד עם זה ולהציל את פרופסור מושימו מפרוטובוי. אולם רובוטגירל היא דמות משנית, אבל הופעתה גרמה לפרק לקבל יותר מאלפי צפיות ונהפכה לדמות פופולרית.
פלוניוס הקס - קוסם שאיבד את עבודתו וגאס הוא אויבו המושבע, כיוון שהמעיט בערכי קסמיו מול כל הקהל.
המנהלת קולפפר - מנהלת בית ספרו של טומי וחבריו. נוהגת להחרים צעצועים של ילדים ולשחק בהם, כיוון שכשהייתה קטנה לא קיבלה אף צעצוע.
ואנס קוסטרוב (דדי זהר): כתב טלוויזיה שמנסה להוכיח שרובוטבוי הוא לא רק צעצוע. בעקבות טענות אלו, כולם חושבים שהוא משוגע.
סטיבי - חזיר ענק וחזק שנוצר על ידי ד"ר קמיקזי, אך ראה בו אבא ובגלל שלא התאים לצבא, ד"ר קמיקזי זרק אותו לזבל. לייזרים גרמו לו מוטציה וחיפש אחרי ד"ר קמיקזי בכל העיר כדי לנקום בו.
רובוטמן (בגרסה העברית נקרא גם גברובוט או רובוגבר): רובוט חזק יותר מרובוטבוי, אשר נשלח לבית של טומי וגנב לו את אהדתו. לבסוף מתמרד ומושמד על ידי רובוטבוי.