ビッグX
第二次世界大戦時、無敵の軍隊を作ろうと目論むナチス・ドイツの下で、日本人の朝雲()博士とドイツ人のエンゲル博士は、ヒットラー総統の命令のもと、生物を鋼鉄のように強靭でしかも巨大化させる薬品「ビッグX」の開発を行っていた。ベルリン陥落の直前、朝雲博士は「ビッグX」の平和利用に一縷の望みを託し、その製法を記したカードを朝雲の息子のしげるの体内に埋込んだ。その直後に両博士は、「ビッグX」の完成を故意に遅らせた疑いにより射殺され、研究書類は全て焼き捨てられた。20年後、しげるの体内から発見され摘出されたカードを、ネオナチの秘密結社「ナチス同盟」が狙って襲撃してくる。しげるはビッグXを完成させるが、ナチス同盟に襲われてカードは失われ、しげる自身も殺害されてしまう。翌年、花丸博士との協力で「ビッグX」を完成させたしげるの息子・昭は、自ら「ビッグX」で巨大化してナチス同盟に立ち向かうのだった。
ナチス同盟は巨大ロボット・V-3号で日本を襲撃し、昭をおびきだして捕らえ、ナチス同盟が事実上支配する軍事独裁国家・カルタゴ国に連行する。そこにはナチス同盟のメンバーでカルタゴ国の国防庁直属軍司令官、ハンス・エンゲルがいた。エンゲル博士の孫であるハンスは、朝雲博士がビッグXの秘密を独占したためにエンゲル博士は射殺されたと誤解しており、ビッグXによる世界征服をもくろんでいた。
朝雲科学研究所に雷が落ちた。開発中のビッグXに落ちた雷はその成分を変質させ、生物の細胞を拡大ではなく縮小させる「ミクロX」に変えてしまった。昭は花丸博士にこのことを報告しようとするが、謎の男に襲われてユー・ユーと名乗る男に捕えられ、挙句薬を注射されて小さくされてしまう。ユー・ユーは化学者の蟻田博士を脅迫してミクロXを作らせ、最強の化学兵器として南北での戦争を続けるアブラム共和国に売りつけようとする。戦争の兵器として作られたビッグXを、またも戦場で使わせるわけにはいかない。身体が元の大きさに戻った昭は、蟻田博士に協力しアブラム共和国でのミクロXの使用を阻止しようとする。
これは、当初の東京ムービーが経験のない素人が大多数のスタッフであった故である。虫プロ作品と誤解され、抗議が虫プロにきたという。
1966年、ピー・プロダクションが手塚作品の実写化を企画した際には本作と『マグマ大使』が候補に上がったが、結果的には『マグマ大使』が実写映像化された。
原作では主人公・朝雲昭は薬液「ビッグX」をシャープペンシル型の注射器で自ら打って(後に経口薬により)変身するが、アニメ版の「ビッグX」はシャープペンシル型の装置から出る光線状のエネルギーを昭が胸に当てることで変身し、目盛1で鋼鉄の体に、目盛2で20倍の巨体に変身するという設定となった。
原作のストーリーは、ビッグX(朝雲昭)が超能力少女ニーナらと共にナチス同盟と戦う連続物語となっていたが、アニメ版は1話完結で、多くはナチス同盟と無関係の敵と戦う話になっている。ビッグXの宿敵・ハンスは、原作では中盤以降、ナチス同盟の兵器であるロボット・V3号に酷似したロボット(頭部の形状、カラーリングは異なる)に脳を移し変えて巨大ロボットの姿となる。アニメ版では第56話『ハンスの復讐』で自ら肉体を機械化(セリフでは「俺の身体をロボットに移した」と表現)して首だけ生身のままサイボーグとなっている。
クロス党を滅亡させ、国連にその功績を讃えられた昭とニーナは特務レインジャー(武装監視員)の称号を与えられる。ある日昭とニーナは国連からの依頼で、50年来の寒波に襲われたガレア共和国へと向かい、主要作物のジャガイモをビッグXで大きくすることで食糧問題を解決しようとする。しかし、その巨大化したジャガイモを漂着した宇宙生物が乗っ取り、巨大な植物怪獣「キング・ガレア」が誕生してしまう。キング・ガレアはガレア共和国の秘密地下要塞「じねずみ」を制圧し、兵を奴隷化して人類に降伏を勧告する。ニーナを人質に取られてしまった昭は、キング・ガレアを倒すべくハンスと協力を打診する。