小小少年T.S. 斯派維（凱爾·凱特萊特 Kyle Catlett 飾）生於蒙大拿州一個偏遠牧場他有一顆聰明絕頂的大腦酷愛製圖學和科學圖解年僅十歲就發明了永動機他的父親（考樂姆·吉斯·雷尼 Callum Keith Rennie 飾）是個狂熱的牛仔迷搜集關於西部牛仔的一切；母親（海倫娜·伯翰·卡特 Helena Bonham Carter 飾）是一位生物學博士潛心投入到昆蟲研究中；而姐姐則是一個最普通不過的正常人她常常為生在這個一屋子怪人的家裏而煩惱T.S.原本還有一個異卵雙胞胎弟弟雷頓去年死於一場意外 　　這天T.S.接到一個來自史密森學院的電話告知他被授予了世界科學大獎貝爾德獎並邀請他到華盛頓演講於是十歲的科學奇才T.S.斯派維偷偷爬上了貨運火車獨自踏上了穿越美國的奇異旅行