Der zwölfjährige hochbegabten Lewis lebt in einem Waisenhaus und hofft, endlich von einer Familie aufgenommen zu werden. In seiner Verzweiflung erfindet Lewis einen Apparat, mit dem er Gedanken scannen kann: Damit will er in die Vergangenheit eintauchen und herausfinden, warum ihn seine Mutter einst zur Adoption freigab. Eines Tages erhält Lewis Besuch von einem Jungen namens Wilbur Robinson. Mit ihm bricht er zu einer einzigartigen und aufregenden Reise in die Zukunft auf.
Er lernt Wilburs liebenswerte und total verrückte Familie Robinson kennen – allesamt Erfinder der tollsten Dinge, die man sich als Kind nur vorstellen kann. Lewis fühlt sich sofort zu Hause und weiß, dass dies seine perfekte Familie ist. Doch der Bösewicht "Melonenmann" bedroht diese harmonische Zukunft. Alles kein Problem, denn mit Hilfe seiner neuen Familie scheint für Lewis plötzlich selbst das Unmögliche möglich …
