T.S. Spivet (Kyle Catlett) mieszka wraz matką (Helena Bonham Carter), zafascynowaną morfologią chrząszczy, ojcem - kowbojem (Callum Keith Rennie) i 14-letnią siostrą Gracie (Niamh Wilson), która marzy o tym, żeby zostać Miss Ameryki, na ranczu w Montanie. Pasją chłopca, 10-letniego geniusza, jest z kolei kartografia i wynalazki. Pewnego dnia T.S. otrzymuje telefon z muzeum Smithsonian. Okazuje się, że został laureatem prestiżowej nagrody Baird, przyznanej mu za wynalezienie perpetuum mobile. Z tej okazji zorganizowana zostanie uroczystość na jego cześć, a on sam ma na niej wygłosić mowę. Chłopiec wsiada więc potajemnie do pociągu towarowego, chcąc dotrzeć do Waszyngtonu.