十歲科學奇才T.S.斯派維（凱爾·凱特萊特飾）生活在蒙大拿州偏遠牧場，癡迷制圖學與科學實驗的他發明了永動機。父親（考樂姆·吉斯·雷尼飾）是狂熱牛仔收藏家，母親（海倫娜·伯翰·卡特飾）是昆蟲學家，普通姐姐常因家人怪異行徑感到困擾。一年前雙胞胎弟弟雷頓意外身亡后，T.S.始終認為自己對事故負有責任。當他接到史密森學院電話得知獲得貝爾德獎并受邀赴華盛頓演講時，帶著弟弟骨灰偷偷爬上貨運火車開啟橫跨美國的旅程。列車上他遇到形形色色的人物，逐漸直面內心創傷，并在領獎時與追蹤而至的家人達成和解。母親最終理解了兒子對科學的熱情，父親也摘下牛仔帽向他致意。