En un futuro no muy lejano, la humanidad se enfrenta a la amenaza de una raza alienígena conocida como los "Insectores". Para prepararse para un posible ataque, la Autoridad Internacional Militar ha establecido una escuela de élite en el espacio, destinada a entrenar a jóvenes talentos en estrategias de combate y liderazgo. En este contexto, un niño prodigio llamado Ender Wiggin es reclutado para asistir a la academia.

En una pequeña y fría localidad de Estados Unidos, un niño solitario llamado Owen lucha contra el acoso escolar y la desesperación de su vida cotidiana. Sus días transcurren entre el ruido de la niebla y la falta de amigos, hasta que conoce a una misteriosa niña que se muda al apartamento de al lado. Ella se llama Abby y, aunque aparenta ser de su edad, hay algo innegablemente extraño en ella.

En una fría noche de Navidad, un niño que comienza a perder la fe en la magia de las fiestas se encuentra en una encrucijada. Mientras se sumerge en sus pensamientos, un espectacular tren mágico aparece ante su ventana, iluminado y lleno de vida. Movido por la curiosidad y, quizás, por un último destello de esperanza, se sube a bordo del Polar Express, un tren que lo llevará al Polo Norte. A medida que el viaje avanza, el niño se une a un grupo de pasajeros, cada uno con su propia historia y deseos navideños.