曾经，小林三平（喜多村英梨 配音）和一位少女有着一个浪漫的约定，一晃眼十年过去，虽然两人此刻早已天各一方，但小林从未忘记过这段美好的回忆，并且时刻希望能够再度获得这位少女的音信。 某个平平无奇的早晨，当小林睁开眼睛时，却发现一个红衣绿发的机器人出现在自己的身边，机器人名叫可美克（斋藤千和 配音），它此番前来寻找小林，竟然是为了和他结婚。就这样，小林在莫名其妙之中开始了和可美克的同居生活，与此同时，陪伴在小林身边的还有他的青梅竹马牧原泉（高桥美佳子 配音）、电波少女早川美咲（钉宫理惠 配音）和搜查官黑崎凉子（白石凉子 配音）。

60岁的立花源也和28岁的摄影师井田恭二不远千里跋山涉水上门去拜访隐居了三十年的一代影星藤原千代子，为了给她拍摄一生自传的纪录片。款款前来的千代子虽然已界75岁高龄，但仍然优雅美丽，左眼下标志性的小痣也仍然俏皮。立花双手递上一把钥匙，千代子深受震动，称这把钥匙是开启一个 秘密的关键，当年她不慎丢失，今日竟还能再回手中。千代子的思绪飞到老远。 1926年9月1日，藤原千代子呱呱坠地，水灵清秀的她16岁就被星探发掘，然而直到遇上一个画家，她救他于乱世中，藏于自家仓库内，他赠她一把钥匙，说这是开启秘密的关键，并承诺再与她重逢时带她去看北海道的雪。然而次日千代子放学归家时画家已经因为逃开追捕逃离远去。 千代子自此进入电影圈，只因为画家最后说他会去满洲作战，而第一部电影承诺会去满洲取景。从此千代子的银幕生涯拉开，拍摄了代表日本战国、幕府、大正及昭和等四个不同时期的大时代爱情故事。在每一个故事里，千代子都在奔跑，追寻着自己的真爱。场景与她本身的故事糅合在一起，虚实难分。立花和井田紧随其后身临其境，时而变成故事中人物。 然而千代子丢失了钥匙，心灰意冷的她嫁给了一直追求她的导演大泷。到后来她发现一切是一个精心布下的骗局，千代子认清事实后决意继续找寻自己少女时代的所爱。

1999年的东京，一部军用的机械人在无人的情况自动启动、一个名为帆场瑛一的篠原重工天才程序员自杀；谁也没想到，两起无关事件却会在将来把东京带入恐怖中。从建筑施工现场到人们的日常生活，处处都可以见到一种被称为“Labor”的大型机器人。面对Labor相关犯罪与日俱增的局面，警察局成立了特殊车辆二课，配备专门机器人PatLabor，负责处理特殊事务。Labor到了更新换代的时期，作为机器人大脑的电脑操作系统升级为HOS。正在这时，突然发生多起机器人失控事件，机动警察小队负责调查此事。他们发现这是由与HOS有关的电脑病毒所导致的，而肇事者已经销毁了所有资料行踪不明。在东京湾，制造巨型海上方舟以解决东京土地问题的巴比伦计划已经到了关键时刻，那里集结了全国45%的Labor机器人，这些机器人一旦失控后果将不堪设想…… 本片为TV动画《机动警察》的剧场版。