二十世纪初，爱迪生、巴黎铁塔总设计师埃菲尔、“交流电之父”尼古拉·特斯拉和其他顶尖的科学家、艺术家组成了一个秘密团体，共同打造一个理想计划——明日世界。传言中，华特·迪士尼也是创办人之一，他的遗物中有一个黑盒子，装着神秘的机关。然而，这个计划最终出了意外，明日世界从此消失。弗兰克（乔治·克鲁尼饰）少年时曾亲眼目睹明日世界，但意外之后便过着半隐居的生活。直到聪明的少女凯茜（布丽特妮·罗伯森饰）找上门，她对科学和生命充满热情，无意间发现了神秘的徽章。凯茜需要弗兰克的协助，破解零星线索，找到隐藏在神秘时空里的明日世界，以改变人类的命运。两人携手踏上冒险之旅，揭开明日世界背后的秘密，并试图挽救未来。