《少年斯派维的奇异旅行》讲述了十岁男孩T.S.斯派维（凯尔·凯特莱特 Kyle Catlett 饰）的奇妙经历。他出生在蒙大拿州一座偏僻的牧场，拥有远超同龄人的聪慧，尤其痴迷于制图学和科学图解，甚至在十岁时便发明了永动机。斯派维的父亲（考乐姆·吉斯·雷尼 Callum Keith Rennie 饰）是狂热的牛仔爱好者，家中收藏着各种与西部牛仔有关的物品；母亲（海伦娜·伯翰·卡特 Helena Bonham Carter 饰）拥有生物学博士学位，整日专注于昆虫研究；姐姐则是家里唯一的普通人，常常因身处这个充满怪人的家庭而感到烦恼。斯派维原本还有一个异卵双胞胎弟弟雷顿，却在去年因一场意外去世。
一天，斯派维接到史密森学院的电话，得知自己获得了世界科学大奖贝尔德奖，并受邀前往华盛顿发表演讲。为了领取这份荣誉，年仅十岁的他悄悄登上货运火车，独自开启了一段横跨美国的奇异旅程。
