Lorsque Noah et sa soeur Emma découvrent une étrange boite sur la plage, ils ignorent que leur vie va changer... En jouant avec les curieux objets que contient le coffre, et surtout un lapin en peluche que la petite fille a baptisté 'Mimzy', les enfants développent peu à peu d'extraordinaires capacités. Larry, le professeur de Noah, comprend le premier que les enfants sont en train d'être transformés dans le but d'accomplir quelque chose qui les depasse...