Hugo Cabret je neobyčejný kluk, který po otcově smrti žije na pařížském vlakovém nádraží u strýce alkoholika, jenž tu pracuje jako seřizovač nádražních hodin. Po tátovi Hugo zdědil vynalézavost a robota s klíčovou dírkou ve tvaru srdce, který možná ožije, pokud se do ní vloží ten správný klíč, a předá chlapci otcův vzkaz. Alespoň v to doufá. Neutišitelná zvědavost přivede Huga k nerudnému prodavači mechanických hraček a od něj i k jeho chráněnce, která, ač je to neuvěřitelné, drží v rukou klíč k rozluštění Hugovy životní záhady. Jak k němu přišla? Jaké tajemství skrývá její adoptivní prarodič, že o něm nesmí nikdo mluvit? Skrývá robot skutečně otcův vzkaz? A dokáže Hugo na všechny tyhle otázky odpovědět dřív, než ho dostihne ruka zákona v podobě přísného nádražního hlídače a pošle ho do sirotčince?
Malý chlapec se skamarádí s Winterem, což je zraněný delfín, který přišel o svůj ocas v krabí pasti. Chlapec každého kolem sebe motivuje, aby Winterovi pomohl tím, že mu vytvoří umělý ocas. Harry Connick ml. hraje veterináře, který tohoto savce zachrání a přinese ho do své námořní nemocnice. Ashley Judd hraje chlapcovu matku a Morgan Freeman doktora, který pro Wintera onen umělý ocas vytvoří.