影片故事讲述挣扎在死亡边缘的斯凯和加尔文成为朋友,加尔文欲帮助斯凯完成她的愿望。在此期间,加尔文认清自己内心,同样还有萌动的爱情。。在未来世界,由于痛失爱子,天才科学家天马博士(尼古拉斯·凯奇 Nicolas Cage 配音)创造出了机械人阿童木(弗莱迪·海默 Freddie Highmore 配音),想以此来作为儿子的替身,寻找安慰。虽然,阿童木拥有博士儿子的情感和记忆,而且先进的程序还在不断完善其情绪,并让他富有同情心。可是,博士始终无法接受失子之痛,对阿童木也不能正确对待,并认为他不是人类而将其抛弃。阿童木沦落为无家可归的流浪儿,而且还备受军方的四处通缉,并最终被抓住。军方要求天马博士拿掉阿童木的能源,让它变成军方机器人的能源配备。在最后时刻,天马博士突然醒悟,并协助阿童木逃走。面对军方的围追堵截,阿童木奋起反抗,最终一场惊世大战一触即发。在不断的旅行过程中,阿童木也逐渐成长,他也接受了自己这机械与人类结合的设计,并肩负起全人类生死存亡的重任。。年逾七十的作曲家汤姆·怀特曼罹患癫痫和血栓痴呆,他早已分不清现实世界,更遗忘女儿杰姆的存在。他的脑海,早已退转到那个充满奇幻色彩的童年时代。记忆的最深处,生活在孤儿院的10岁少年汤姆受到雪人的邀请,御空飞行追赶多年未曾谋面的父亲。他们遭遇风暴,坠落在一处陌生所在,四周是回环往复的不变旋律,汤姆甚至见到了年仅7岁的杰姆。仿佛不曾存在过的世界,以及三代人剪不清理还乱的情感纠葛。
弥留之际的老人,灵魂困在朽败的躯体内,经历着毕生刻骨难忘的旅程……。