Il dodicenne T.S. Spivet vive in un ranch del Montana con una madre ossessionata dalla morfologia degli scarafaggi, un padre cowboy nato nel periodo storico sbagliato e una sorella quattordicenne che sogna di essere eletta miss America. Nonostante la sua tenera età, T.S. è un esperto di cartografia e invenzioni scientifiche. Un giorno, riceve l'inaspettata telefonata dello Smithsonian Institute, che gli annuncia la vittoria del premio Baird per l'elaborazione di un dispositivo dal moto perpetuo. Dopo essere stato invitato a tenere un discorso al museo, T.S. all'insaputa di tutti decide di dirigersi verso Washington, su un treno merci che attraversa tutti gli Stati Uniti. Allo Smithsonian, però, tutti ignorano che T.S. è solo un bambino.... ...