監督を赤根和樹、キャラクターデザインをりょーちもが担当。原作漫画はセルフリメイク作品であり、リメイク前の旧作を原作としたOVAが1996年に発表されているため、本作は『鉄腕バーディー』2度目のアニメ化作品となる（OVAの詳細は鉄腕バーディー#OVAを参照）。

謎の古代兵器「リュンカ」の強奪犯を追って地球にやって来た連邦警察のアルタ人女性警察官・バーディーと、彼女の失敗により致命傷を負い、体の修復を待つ間の措置としてバーディーの体に意識を移された地球人の少年・千川つとむの2人を主人公とした「二心同体」のSFアニメ作品。

原作をベースとして登場人物や「二心同体」などの基本的な設定は踏襲しているものの、「バーディーが地球に来る理由」やオリジナルキャラクター等原作と異なる点は多く、完全なオリジナルストーリーとなっている。原作とは異なる展開とした事については、漫画に忠実にしようとすると漫画を一番わかっているゆうきの不満が出やすそうである事と、進行中のものに無理矢理最終回を作ると物語が破綻する事が理由として挙げられている。このため、ストーリーについてはストーリー原案をアニメスタッフが作成し、原作者であるゆうきに提言を求める形で作成されており、一方、「ゆうきの漫画が原作である統一感」を持たせるため、オリジナルキャラクターについても一旦ゆうきがラフデザインを作成し、それを元としてキャラクターデザインがおこなわれている。

赤根は『バーディー』の魅力がSFとしての設定の面白さよりも人間関係や人間の描写にあると捉え、こうした部分をしっかりと描くために「つとむのほのかな恋の話」を第1部の題材とし、アニメオリジナルヒロインである中杉小夜香を登場させている。そして第2期では、バーディーの幼馴染みであるナタルをオリジナルキャラクターとして登場させ、第1期での率直に恋心を表へと出したつとむ達に対し、大人として背負っている物がある故になかなかうまく行かないバーディーとナタルとの関係を描いている。

アニメ化自体は、放送局も決まらない段階から「鉄腕バーディー THE MOVEMENT〜アニメ化プロジェクト〜」として原作掲載誌である『週刊ヤングサンデー』（小学館）2006年49号にて発表されており、ゆうきの旧友出渕裕が関わることが決定されていた。第1期の放送にあわせて漫画・アニメ双方の設定などを収録した『鉄腕バーディー ARCHIVE』が出版された。これには出渕によるSF考証が掲載されている。なお第1期の放送直前に『週刊ヤングサンデー』は休刊したため、原作は『ビッグコミックスピリッツ』に掲載誌を移し、『鉄腕バーディーEVOLUTION』と改題の上で連載を継続している。（原作については鉄腕バーディーを参照）

• バーディー・シフォン=アルティラ：千葉紗子
• 千川 つとむ：入野自由
• テュート：川田紳司
• カペラ・ティティス：名塚佳織
• カシュー・ゲーゼ：浜田賢二
• 室戸 圭介：藤原啓治
• 真田 かをり：大原さやか
• イルマ：真山亜子
• ギーガー： 斧アツシ
• バチルス：間宮康弘
• オンディーヌ：白石涼子
• 兄貴、舎弟：金光宣明（兄貴） / 興津和幸（舎弟）
• ヴァイオリン：能登麻美子
• キンゼル・ハウアー：大塚芳忠
• ルー・メギウス：青山穣
• スケルツォ・ガ＝デール：若本規夫
• ネーチュラー・ゲーゼ：柚木涼香
• ウィージ・ガッハウ：根谷美智子
• 早宮 夏美：伊藤かな恵
• 須藤 良太 ：浅沼晋太郎
• 千明 和義 ：白石涼子
• 羽沢 昌之：高城元気
• 正久保：大原崇
• 北村 可奈絵：寿美菜子
• 千川 はづみ：高橋美佳子
• アンカーマン：大川透
• クリステラ・レビ：兵藤まこ
• ゲオルグ・ゴメス：石塚運昇
• 千明 初枝：片貝薫

オリジナルキャラクター

第1期

中杉 小夜香（なかすぎ さやか）

声 - 坂本真綾
つとむ達のクラスメイト。病弱で、会社を経営する祖父のもとで暮らしている。交通事故により瀕死の重傷を負うが、その場に居合わせたカペラによってリュンカを体内に埋め込まれてしまう。
リュンカと融合したことにより身体機能が異常に強化され、病弱な体質も回復し、事故後わずか2日で学校に復帰している。また、内向的だった性格にも変化が現れている。しかしその一方で、自らの中に目覚めつつある得体の知れないものに意識の無いまま突き動かされることもあり、戸惑いを感じることになる。
また、性格の変化に伴い、つとむとの恋愛関係を育み、お互いに大切な存在になっていく。しかしシャマランの陰謀により、不幸のどん底に落とされることになる。後にそれにかかわる記憶を喪失。
第1期終了時に神戸に転校してしまったが、第2期終盤では、記憶を取り戻す手掛かりを携え文化祭に訪れる。
人気キャラだったためか、後に（設定は変更されて）原作に逆輸入されることとなる。

サタジット・シャマラン

声 - 鈴村健一
世界的な総合娯楽企画会社プレイメイカー・インダストリアル (PMI) 社の若き社長。裏では各国政府、メディア機関へ隠然たる影響力を持っている。
気さくな好青年を思わせる容姿とは裏腹に、内面では強い選民思想を持っており、それを実現するべくリュンカを我が物にしようと企む。そのためにゴメスからオンディーヌを借用する等の協力関係を結んだ。またリュンカに関してはカペラとも協力関係にあり、他にもマリオネット関係でアンカーマンと関係を結んだ。その選民思想の根底には、過去、中南米での大規模テロで唯一生き残った経験がある。
小夜香の中のリュンカを捕獲・成長させるために、勝利を自らの手で殺害。その後、小夜香を引き取りリュンカを目覚めさせたが、覚醒したリュンカによって他の人と何ら変わりなく命を奪われる。
後に原作『EVOLUTION』の終盤に小夜香にかかわる人物として名前だけが登場する。

中杉 勝利（なかすぎ かつとし）

声 - 菅生隆之
中杉インダストリアル・テクノロジー社の会長にして、小夜香の祖父。会社の事業の一つとして「介護用」アンドロイド事業に着手しており、シャマランから出資を得ていたが、後にシャマランが介護用アンドロイドの技術を軍事用に転用しようとしていることを知り、彼と決別しようとするが、リュンカを欲するシャマランに殺害される。

鈴木 良枝（すずき よしえ）

声 - 新田万紀子
中杉家の家政婦。幼いころから小夜香の面倒を見ており、事故から回復した彼女の小夜香の性格の変化に不安を覚え、彼女が別の何かに変わってしまったと思いこむようになる。
小夜香が勝利の死体を発見し立ち竦んでいるときに部屋に入ってきたため、小夜香が勝利殺しの犯人と誤解する。それまでの思い込みも相まって彼女を「化け物」と呼んでしまい、発現したリュンカに殺害される。

第2期

ナタル

声 - 松風雅也、大原さやか（幼少期）
バーディーの幼馴染のアルタ人。地球では理学療法士「神明 奈多流（しんみょう なたる）」として働いている。実は調整アルタ人の実験体で、ジャンプという空間転移能力があるが、激しい頭痛を起こすなど副作用が強い為、父ダスクにその能力を自制するように言われていた。ヴァリック達に復讐をしようと企んでおり、逃亡者達相手ではかなり残忍だが、ナタルを慕う子供たちの前では絶対に手を出さない優しいところもある。モスを殺そうとしたところにバーディーが現れ、イクシオラの定めとしてバーディーを殺害しようとする。バーディーを圧倒し止めを刺そうとした時に、バーディーと体を交代したつとむによって説得され改心する。そしてバーディーとキスを交わし、能力で過去に戻りヴァイオリンを失い激昂したバーディーを助けて幼いナタルに引き渡してどこかへ去って行った。

ダスク

声 - 菅生隆之
ナタルの養父。地球に逃れてからは、同様に逃げてくる異星人を連邦から匿う「逃がし屋」。連邦時代は、反体制派テロ組織「イズダルタ」の一員で「青い牙」の異名を持っていた。表向きは神田神保町で古書店を営んでおり、室戸とも面識があった。仲間を殺害している犯人と誤解され、ガトール達に殺される。

各務 雄一（かがみ ゆういち）

声 - 櫻井孝宏
ナタルの学生時代からの友人で、翔子の兄。リュンカ事件により死亡している。

各務 翔子（かがみ しょうこ）

声 - 川澄綾子
雄一の妹。リュンカが引き起こした一連の事件で被害に遭い脚を負傷した。ナタルの勤める病院に入院している。
ナタルを強く慕っており、彼と共にいる事が増えたしおん（バーディー）に嫉妬する事も。

ヴァリック・ニグア

声 - 浅沼晋太郎
逃亡者達の脱獄の計画から実行まで全てに関与したアルタ人。かつて「イズダルタ」に所属しており、ダスクとはその頃から面識がある。ナタルの出生についても知っているため、当時からナタルを「でき損ない」と罵っていた。
最後の標的と宣告され怖じ気づき、バーディーの元へ出頭して保護してもらおうという臆病な面も。しかし最後にはモスが作動させた核兵器を止め、東京一帯の壊滅を未然に防いだ。

ガトール・ボラン

声 - 斧アツシ
逃亡者達の1人で、宇宙連邦の軍情報部に所属する軍人。階級は大佐で、リュンカ事件の作戦指揮官だった。ナタルに敗れ逃走して、後に弱みを見せたところを「弱い男は嫌い」という理由で、モスによって殺害される。
連邦の多くの人々と同じくアルタ人を忌み嫌っており、姿形が似ている地球人の事も卑しんでいる。そのため、地球人に擬態して隠れるのにも難色を示していた。

モス・キリー

声 - 甲斐田裕子
逃亡者達の1人で、宇宙連邦の軍情報部に所属する女性軍人。ガトールの部下で、数々の戦場を共に乗り越えてきたという。今回の逃亡の手引きをした。
ダスク殺害後に、ナタルが真犯人だということに気付いて銃撃しようするが、ナタルの新しい能力が発動して果たせなかった。後に第5の標的となり戦って圧倒するも、腕を引きちぎられて重傷を負うが、バーディーの介入により助かる。

ファロイド・クスト

声 - 宮田幸季
逃亡者達の1人で、リュンカを研究していたイータ人の研究者。タセラの双子の（12番目の卵から生まれた）兄。種族の特徴で体躯が小さく、地球では子供の姿に擬態していた。4話で蚕糸の森公園でナタルに腕を引きちぎられた後、六本木廃墟に連れ去られて石塊で全身を潰されて死亡した。

タセラ・クスト

声 - 白石涼子
逃亡者達の1人で、ファロイドの双子の妹。ファロイドと同じくリュンカを研究し、また地球では子供の姿に擬態していた。ナタルの能力開発の経緯を研究所時代の同僚から聞かされている。ガトール達が、仲間の殺害を行っているのはバーディーだと誤解した時にも、唯一疑問を感じていた。
地球人の子供として生きていこうとし、養護施設から引き取られ養父母の家にいるところをナタルに襲われて首を引きちぎられ死亡。最期までナタルのことを恐れており、殺害された際も泣き顔という悲惨な死に顔だった。

アグラズーメ・トゥーラ

声 - 銀河万丈
逃亡者達の1人で、元連邦上級議員。2話でバーディーから逃げている途中にナタルと遭遇し戦闘になるが一瞬で敗れ、最期は徹底的に苦しめられ、岩盤に叩きつけられて死亡した。

シー・リアンシェル

声 - 島香裕
逃亡者達の1人で、元神祇官。フランス人の美術商「リノ・モレル」としてホテルに潜伏していた。1話でバーディーが到着する前に、殺害される。

• 監督 - 赤根和樹
• シリーズ構成 - 大野木寛、水上清資（DECODE:02から）
• キャラクターデザイン・総作画監督 - りょーちも
• メカニカルデザイン - 佐山善則
• 特殊美術デザイン - 石津泰志
• プロップデザイン - コバヤシサバ
• 色彩設計 - 木村聡子
• 美術設定 - 金平和茂
• 美術監督 - 佐藤豪志
• 撮影監督 - 葛山剛士
• 編集 - 後藤正浩
• 音楽 - 菅野祐悟
• 音響監督 - 明田川仁
• クリエイティブプロデューサー - 出渕裕
• プロデューサー - 南成江
• 制作プロデューサー - 落越友則
• アニメーションプロデューサー - 高村江美
• 制作 - A-1 Pictures
• 製作 - PROJECT BIRDY（アニプレックス、小学館）

次回予告のナレーションは第1期は「有田しおん」、第2期は前半を「幼少時のバーディー」、後半は「現在のバーディー」が行っている。

2008年9月24日より毎月1枚ずつ発売。各巻とも同日に通常版と完全生産限定版の2種類がリリースされる。1期の限定版には本編ディスクの他に「TETSUWAN BIRDY "DECODER"」と題された特典ディスク（DVDまたはCD）・りょーちも書き下ろしのスリープケース・ゆうき描き下ろしの1ページ漫画「鉄腕バーディーえんこーど」が同梱される。「鉄腕バーディーえんこーど」は原作単行本のおまけ漫画「こんなバーディーはいやだか?」と同じ様に、作中のキャラクターとゆうきが掛け合う物が多い。

• 『鉄腕バーディー DECODE』
• 2008年9月24日発売、ANSB-3271
• 限定版、ANZB-3271
• 2008年10月22日、ANSB-3273
• 限定版、ANZB-3273
• 2008年11月26日、ANSB-3275
• 限定版、ANZB-3275
• 2008年12月17日、ANSB-3277
• 限定版、ANZB-3277
• 2009年1月28日、ANSB-3279
• 限定版、ANZB-3279
• 2009年2月25日、ANSB-3281
• 限定版、ANZB-3281

• 限定版、ANZB-3271

• 限定版、ANZB-3273

• 限定版、ANZB-3275

• 限定版、ANZB-3277

• 限定版、ANZB-3279

• 限定版、ANZB-3281

2008年11月20日 - 2009年3月25日（全7回）、WEBラジオ『鉄腕バーディー DECODE:R（デコード アール）』が、公式サイトにて、不定期に配信された。

千葉紗子と入野自由をパーソナリティとして、スタッフや担当声優をゲストに迎えてのトークやリスナーからのお便りの紹介などを行う。

『鉄腕バーディーDECODE あの日の小夜香へ』のタイトルで、アニメ第1期のノベライズ作品がガガガ文庫より発表されている。アニメで脚本を担当した浅川美也が執筆、イラストはりょーちもとうっけが担当している。2009年2月18日発売。

タイトルの示す通りに、本作独自のヒロインである小夜香に焦点を当てた作品となっており、第1期の出来事を、小夜香とバーディーそれぞれの視点から書いている。本編4章にプロローグとエピローグを加えた6章構成で、さらに本編4章はそれぞれ幾つかの節から成っている。節名はその節が誰の視点であるかを示しており、原則として「小夜香」と「バーディー」が交互となっている。

また、あとがきとして、「鉄腕バーディーえんこーど」（DVD付録のゆうきによる1ページ漫画）の出張版が掲載されている。

• ゆうきまさみ『鉄腕バーディー ARCHIVE』〈ヤングサンデーコミックススペシャル〉2008年7月9日初版発行、ISBN 978-4-09-151357-1

• ゆうきまさみ『鉄腕バーディー ARCHIVE』 ヤングサンデーコミックススペシャル、小学館、2008年7月9日。ISBN 978-4-09-151357-1。 
• 「ゆうきまさみクロニクル」『CONTINUE』 vol.43、太田出版、2009年1月1日、8-37頁。ISBN 978-4-7783-1157-5。 
• 浅川美也、ゆうきまさみ『鉄腕バーディーDECODE あの日の小夜香へ』小学館、2009年2月23日。ISBN 978-4-0945-1120-8。