唐纳(弗雷德·阿斯泰尔 Fred Astaire 饰)和肖恩(乔治·墨菲 George Murphy 饰)是一对跳双人踢踏舞的搭档。唐纳是一个佛系的舞者,对名利看得很淡,但肖恩和他恰恰相反,爱慕虚荣的他总想着有朝一日能够功成名就。一天,百老汇的经纪人凯斯(弗兰克·摩根 Frank Morgan 饰)在唐纳的身上看到了无限的星途,于是将他推荐给了歌剧院老板波斯(伊恩·亨特 Ian Hunter 饰),唐纳知道自己的搭档肖恩出名心切,于是将这个千载难逢的好机会让给了他。 果不其然,肖恩在舞台上一炮而红,很快就成为了闪亮的新星,但肖恩却似乎并不珍惜自己的成功,将时间和精力都挥霍在女人和酒精上。。小小少年T.S. 斯派维(凯尔·凯特莱特 Kyle Catlett 饰)生于蒙大拿州一个偏远牧场,他有一颗聪明绝顶的大脑,酷爱制图学和科学图解,年仅十岁就发明了永动机。他的父亲(考乐姆·吉斯·雷尼 Callum Keith Rennie 饰)是个狂热的牛仔迷,搜集关于西部牛仔的一切;母亲(海伦娜·伯翰·卡特 Helena Bonham Carter 饰)是一位生物学博士,潜心投入到昆虫研究中;而姐姐则是一个最普通不过的正常人,她常常为生在这个一屋子怪人的家里而烦恼。T.S.原本还有一个异卵双胞胎弟弟雷顿,去年死于一场意外。
这天,T.S.接到一个来自史密森学院的电话,告知他被授予了世界科学大奖贝尔德奖,并邀请他到华盛顿演讲。于是,十岁的科学奇才T.S.斯派维,偷偷爬上了货运火车,独自踏上了穿越美国的奇异旅行。。