小男孩雨果（阿沙·巴特菲尔德 Asa Butterfield 饰）天生机械控。他寄宿巴黎火车站钟楼，偶尔会去玩具店偷些零件，用来修补父亲（裘德·洛 Jude Law 饰）留下的机器人。一次行窃，他被店主乔治•梅里埃（本·金斯利 Ben Kingsley 饰）当场抓获，因 忌惮带猎狗的巡警（萨莎·拜伦·科恩 Sacha Baron Cohen 饰）只得就范。乔治拿走了雨果父亲的遗物——一本机械手册，令他心急如焚，他尾随至乔治家中，结识了养女伊莎贝拉（科洛·莫瑞兹 Chloë Moretz 饰），他恳求她帮自己保住手册。而伊莎贝拉则觉得此事蹊跷，于是两人结伴探秘。修好的机器人作画的落款却显示乔治的名字，让他们疑心顿起。终于他们发现了乔治家中装满画作的神秘柜子，并在图书馆的电影书籍中发现了乔治的身世。一位知情人的显身，让他们的奇幻冒险更添神秘……
　　本片根据布莱恩•瑟兹尼克的同名小说改编，是马丁•斯科塞斯的首部3D力作。

　　比利（杰米•贝尔 Jamie Bell 饰）的家人是英国的一个底层矿工。他们参加罢工，挣扎在贫困的生活中，并认为比利应该学些男人的拳术。比利本来每周都去一回拳击班，偶然的机会却让他走上了不一样的路途。
　　因为一个小意外，比利发现了潜意识中对芭蕾的热爱，而挑剔世故的芭蕾老师威尔金森（朱丽•沃特斯 Julie Walters 饰）无意中发现了比利极具芭蕾天赋。二人一拍即合，威尔金森甚至放弃她的一班女学生，把全部心思放在培养小比利上。可是比利的家庭全然不理解儿子为何爱上女生的玩意。比利在家庭的反对下，痛苦的抉择。
　　然而大好机会就在当前。万一考上伦敦的皇家芭蕾学校，比利的芭蕾梦想将得到一个广阔舞台。比利站在一个十字路口，选择着他的人生。

调皮的托马斯（约瑟夫·梅 Joseph May 配音）闯了祸，胖总管罚它来到多多岛的另一边，参与建造新的火车支线，在那里和托马斯一起工作的，是泌尿莱恩（埃迪·雷德梅恩 Eddie Redmayne 配音）的蒸汽火车头。为了显示自己的实力，托马斯卯足了劲儿埋头猛干，却在意外之中落入了地洞里，并误打误撞的发现了传说中消失已久的额海盗船。在海盗船上，等待着托马斯的是经验丰富的老水手约翰（约翰·赫特 John Hurt 配音）以及活泼聪明的帆船斯基夫（杰米·坎贝尔·鲍尔 Jamie Campbell Bower 配音），他们结成盟友，一起踏上了冒险的旅途，解开了隐藏了多年的多多岛宝藏之谜，收获了财富和友情。