小小少年T.S. 斯派維（凱爾·凱特萊特 Kyle Catlett 飾）生于蒙大拿州一個(gè)偏遠(yuǎn)牧場(chǎng)，他有一顆聰明絕頂?shù)拇竽X，酷愛制圖學(xué)和科學(xué)圖解，年僅十歲就發(fā)明了永動(dòng)機(jī)。他的父親（考樂(lè)姆·吉斯·雷尼 Callum Keith Rennie 飾）是個(gè)狂熱的牛仔迷，搜集關(guān)于西部牛仔的一切；母親（海倫娜·伯翰·卡特 Helena Bonham Carter 飾）是一位生物學(xué)博士，潛心投入到昆蟲研究中；而姐姐則是一個(gè)最普通不過(guò)的正常人，她常常為生在這個(gè)一屋子怪人的家里而煩惱。T.S.原本還有一個(gè)異卵雙胞胎弟弟雷頓，去年死于一場(chǎng)意外。
　　這天，T.S.接到一個(gè)來(lái)自史密森學(xué)院的電話，告知他被授予了世界科學(xué)大獎(jiǎng)貝爾德獎(jiǎng)，并邀請(qǐng)他到華盛頓演講。于是，十歲的科學(xué)奇才T.S.斯派維，偷偷爬上了貨運(yùn)火車，獨(dú)自踏上了穿越美國(guó)的奇異旅行。