19世纪末的爱丁堡，一个极度寒冷的冬天，孱弱的婴儿杰克在出生时心脏冻僵，接生的玛德莲大夫紧急为他安装了一颗用咕咕钟制成的机械心，救了他的性命。杰克的生母不告而别，玛德莲将他抚养长大，并告诫他必须避免强烈的情绪起伏，尤其不能陷入爱情，否则机械心可能无法承受。十岁那年，杰克初次踏入城市，遇见了一位可爱的小歌女，她的歌声和眼神深深打动了他，机械心开始剧烈跳动。杰克不顾玛德莲的警告，决心追寻这份爱情，哪怕天涯海角。他对小歌女的爱成为了支撑他机械心继续转动的唯一动力，也让他踏上了一段充满诗意与冒险的旅程，体验了爱情的美好与幻灭。