발명 천재 열두살 고아 소년 루이스는 항상 외롭다. 루이스는 어렵사리 잡았던 입양 기회도 자신의 발명품을 자랑하느라 번번히 놓쳐 버리고, 결국 새 가족이 생길 가능성이 없다고 낙담하게 된다. 그러던 중 루이스는 갓난 아기일 때 자신을 고아원에 버린 친엄마를 보기 위해 발명한 '메모리 스캐너'를 학교 발명 대회에서 도둑 맞는다. 그리고 루이스 앞에 자칭 미래에서 왔다는 수수께끼의 소년 윌버가 나타난다.

천재적인 발명 소년 루이스, 고아원에서 자란 그의 꿈은 유명한 발명가가 되는 것과 자신의 친어머니를 만나는 것!

하지만 운명은 루이스가 상상도 못한 곳으로 그를 인도한다. 그곳은 바로 미래의 세계! 루이스는 윌버를 따라서 타임머신을 타고 미래세계로 여행을 떠나게 된다. 그리고 그곳에서 기상천외한 윌버의 독특한 가족들, 괴짜 할아버지, 할머니, 개구리들로 구성된 악단을 지휘하는 윌버의 엄마, 은하계를 오가며 피자를 배달하는 삼촌, 말하는 로봇 등을 만나게 된다.

학교 발명 대회에서 자신의 발명품을 도난 당한 루이스 앞에 미래에서 온 소년 윌버가 나타나고,
둘은 타임머신을 타고 미래로 향한다.

그러던 중 루이스는 이 기상천외한 윌버의 가족들을 통해서 가족의 따뜻함과 사랑을 가슴 깊이 깨닫게 된다. 하지만 미래로의 여행은 사사건건 루이스를 괴롭히는 어설픈 악당 ‘모자맨’의 등장으로 크고 작은 사건들이 끊이지 않는데….