Sym-Bionic Titan suit le quotidien d'Ilana, Lance et Octus, trois adolescents extraterrestres qui s'écrasent sur Terre en tentant d'échapper à un général maléfique qui a pris le contrôle de leur planète natale, Galaluna. Ilana, princesse de Galaluna, Lance, un soldat rebelle mais compétent, et Octus, un robot bio-cybernetique, doivent maintenant s'intégrer à la vie quotidienne à Sherman, dans l'Illinois. Se faisant passer pour des lycéens, Lance et Octus s'efforcent de cacher la Princesse Ilana au Général Modula et à ses hideux mutants spatiaux envoyés pour nuire à l'unique héritière royale de Galaluna. Ce trio hétéroclite fait de réels efforts pour naviguer dans la vie lycéenne, tout en sauvant la planète et eux-mêmes d'un déluge d'attaques intergalactiques. Lorsqu'ils sont appelés au combat, Octus active le programme de défense sym-bionique et Ilana, Lance et Octus s'unissent pour former le spectaculaire géant cybernétique Sym-Bionic Titan.