T.S. Spivet (Kyle Catlett) ist ein 12-jähriges Wunderkind, dass auf einer Ranch nördlich von Divine in Montana lebt. Sein Vater (Callum Keith Rennie) ist ein Cowboy, seine Mutter, die er mit Dr. Clair (Helena Bonham Carter) anredet, ist Insektenkundlerin. Ausserdem wohnt er mit seinen zweieiigen Zwillingsbruder Layton und seiner älteren Schwester Gracie (Niamh Wilson) zusammen, die berühmt werden will. Eine Freundin der Mutter hat heimlich T.S. wissenschaftliche Werke an Zeitschriften eingeschickt. So erhält T.S. eines Tages einen unerwarteten Anruf vom Smithonian Institute, dass er den Baird-Preis gewonnen hat. Er verlässt heimlich seine Familie, hinterlässt einen Abschiedsbrief und reist als blinder Passagier quer durch Amerika, um in Washington den begehrten Wissenschaftspreis entgegenzunehmen.