T.S. Spivet ha dieci anni e vive in un ranch sperduto nel Montana insieme ai genitori e alla sorella Grace. T.S. Aveva un gemello, Layton, morto in un incidente con il fucile. Layton giocava a fare il cowboy, tutto muscoli e lazo. T.S. invece ha un'intelligenza superiore alla media, raccoglie dati e sperimenta. Ha inventato la macchina a moto perpetuo e ha spedito i suoi progetti. Un giorno il telefono squilla. L'istituto Smithsonian vuole conferirgli il premio Baird e T.S ora deve andare a Washington D.C. a ritirarlo. Nessuno ovviamente sa che lui è soltanto un bambino. Così, alle quattro della mattina, inizia l'avventura a bordo di un treno merci.