二十世紀初，愛迪生、巴黎鐵塔總設計師埃菲爾、“交流電之父”尼古拉·特斯拉和其他頂尖的科學家、藝術家組成了一個秘密團體，共同打造一個理想計劃——明日世界，傳言中，華特·迪士尼也是創辦人之一，在他的遺物中有一個黑盒子，裝著神秘的機關。可是這個計劃卻出了意外，“明日世界”也從此消失。
弗蘭克（喬治·克魯尼 George Clooney 飾）少年時曾親眼目睹“明日世界”，但意外之後便過著半隱居的生活，直到聰明的少女凱茜（布麗特·羅伯森 Britt Robertson 飾）找上門，凱茜對科學和生命都充滿熱情，在無意間發現了神秘的徽章，她需要弗蘭克的協助，破解零星線索，找到隱藏在神秘時空裏的“明日世界”，以改變人類的命運……