T.S. Spivet vive num rancho isolado em Montana com os pais, a irmã Gracie e o seu irmão Layton. É um menino sobredotado e cientista apaixonado, que inventou a máquina de movimento perpétuo, o que fez com que ganhasse o prestigiado prémio do Museu Smithsonian, em Washington. Sem dizer nada à família, decide ir sozinho reclamar a sua recompensa, atravessando os EUA num comboio de carga para lá chegar. Só que no Museu, ninguém desconfia que o grande vencedor tem apenas dez anos de idade e que carrega um pesado segredo.