"Steamboy" spielt im viktorianischen England des 19. Jahrhunderts und handelt von Ray Steam, einem jungen Erfinder, der in eine gefährliche Auseinandersetzung um eine revolutionäre Dampftechnologie verwickelt wird. Ray stammt aus einer Familie von Wissenschaftlern und erhält eines Tages einen mysteriösen Dampfball, der von seinem Großvater Lloyd Steam entwickelt wurde. Dieser Ball enthält eine enorme Energiequelle, die sowohl für zivilisatorischen Fortschritt als auch für zerstörerische Waffen genutzt werden kann.

Als Ray von der O’Hara Foundation, einer mächtigen Organisation, kontaktiert wird, die die Technologie für ihre eigenen Zwecke nutzen will, gerät er in einen Konflikt zwischen den Interessen der Wissenschaft und der Moral. Sein Vater, Edward Steam, arbeitet für die O’Hara Foundation und ist bereit, die Technologie rücksichtslos einzusetzen, während sein Großvater Lloyd die Gefahren erkennt und versucht, die Erfindung zu schützen. Ray muss sich zwischen den beiden entscheiden und gleichzeitig verhindern, dass die Technologie in die falschen Hände gerät.

Die Handlung führt Ray nach London, wo die O’Hara Foundation eine gigantische Dampffestung namens "Steam Castle" errichtet hat, die als Waffe eingesetzt werden soll. Im Laufe der Geschichte wird Ray mit den ethischen Dilemmata der wissenschaftlichen Fortschritte konfrontiert und muss seine eigenen Werte und Prioritäten hinterfragen. Unterstützt wird er dabei von Scarlett, der Enkelin des Gründers der O’Hara Foundation, die ebenfalls ihre Zweifel an den Machenschaften der Organisation hegt.

Der Film thematisiert die Spannung zwischen Fortschritt und Verantwortung, wobei die Charaktere vor moralische Entscheidungen gestellt werden, die weitreichende Konsequenzen haben. Die Handlung ist geprägt von actionreichen Szenen, technologischen Innovationen und einem historischen Setting, das die industrielle Revolution und ihre Auswirkungen auf die Gesellschaft reflektiert.