En el corazón de la vasta y maravillosa América, un joven prodigio de apenas 12 años, T.S. Spivet, vive en un rancho en Montana con su excéntrica familia. Desde temprana edad, ha mostrado un talento increíble para la invención y la ciencia, algo que le da un toque de soledad en su vida cotidiana. A pesar de su brillantez, T.S. lucha por ser comprendido y escuchado en un hogar donde el arte de la observación se opone a los ruidos del mundo.
Cuando recibe una inesperada y magnífica noticia: ha ganado un prestigioso premio de la Smithsonian Institution por uno de sus inventos, T.S. decide emprender un viaje lleno de aventuras hacia Washington D.C. sin que nadie se entere. Con un mapa en sus manos y la curiosidad como su único compañero, comienza un recorrido en tren que está lejos de ser ordinario. En su travesía, se encuentra con una serie de personajes peculiares que le enseñan importantes lecciones sobre la vida, la pérdida y la búsqueda de su propia identidad.
Mientras va dejando atrás su vida en Montana, los fantasmas de su pasado lo persiguen, incluidos los recuerdos de su hermano y la relación con su madre, que lo llevan a cuestionar lo que realmente significa ser un prodigio. Al final del viaje, T.S. no solo deberá enfrentar su destino, sino también descubrir quién es realmente en un mundo que tantas veces lo ha hecho sentir diferente.