Sym-Bionic Titan acompanha a vida de Ilana, Lance e Octus, três adolescentes alienígenas que caem na Terra enquanto tentam escapar de um malvado General que tomou conta de seu planeta natal, Galaluna. Ilana, princesa de Galaluna, Lance, um soldado rebelde mas capaz, e Octus, um robô bio-cibernético, agora precisam se misturar à vida cotidiana em Sherman, Illinois. Fingindo ser estudantes do ensino médio, Lance e Octus trabalham para esconder a Princesa Ilana do General Modula e de seus horríveis mutantes espaciais enviados para prejudicar a única herdeira real de Galaluna. Este trio heterogêneo faz um verdadeiro esforço para navegar pela vida escolar, enquanto salva o planeta e a si mesmos de uma onda de ataques intergalácticos. Quando chamados para a batalha, Octus ativa o programa de defesa simbiótica e Ilana, Lance e Octus se unem para formar o espetacular gigante cibernético Sym-Bionic Titan.