De twaalfjarige T.S. Spivet woont met zijn familie op een ranch in Montana. Zijn moeder is geobsedeerd door insecten, zijn vader is een onvervalste cowboy en zijn veertienjarige zusje droomt ervan Miss Amerika te worden. Zelf is hij een echt genie, gefascineerd door cartografie en wetenschappelijke proeven. Op een dag krijgt hij een telefoontje van het Smithsonian in Washington. Voor één van zijn uitvindingen heeft hij de prestigieuze Baird-prijs gewonnen die hij in ontvangst mag nemen op de prijsuitreiking. Spivet pakt zijn koffer, schrijft een afscheidsbriefje aan zijn ouders en vertrekt alleen voor een wonderbaarlijke tocht naar de andere kant van de Verenigde Staten.