T.S. Spivet est un enfant prodige de douze ans, passionné par la cartographie et les illustrations scientifiques. Un jour, il reçoit un appel inattendu du musée Smithsonian lui annonçant qu'il a reçu le très prestigieux prix Baird et qu'il est invité à venir faire un discours. A l'insu de tous, il décide alors de traverser les Etats-Unis dans un train de marchandises pour rejoindre Washington. Mais là-bas personne ne se doute qu'il n'est qu'un enfant