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一名轻度自闭的航天工程师罗伊，他的父亲在20年前离开地球前往海王星，寻找外星智慧生物。不料任务失败，有去无回。而罗伊此次也要飞越太阳系，找到父亲，并查清当年失败的原因。
游乐园工作的雷（克里斯•奥多德 Chris O’Dowd 饰）沉迷于时间旅行，在工作中因吓坏小游客而被解雇。朋友皮特（迪恩•里浓斯•凯利 Dean Lennox Kelly 饰）和业余作家托比（马克•伍顿 Marc Wootton 饰）在“恐龙汉堡店”扮恐龙打工，毫无前途。三人晚上来到酒吧打发时光，雷突然遇到一位叫凯西的美女（安娜•法瑞丝 Anna Faris 饰）。凯西自称来自未来，是专门负责寻找时间漏洞的技术员，她来此是拜访名人，因为雷在未来将是“伟大的雷”，并著有《时间旅行手册》。皮特和托比不相信雷遇见了“未来美女”，认为他是异想天开编排电影。皮特去卫生间小解，没曾想竟偶然进入了时间漏洞，出来后发现酒吧全是死人，包括他自己。惊慌失措的皮特将雷和托比也拽入了漏洞，从此开始了一系列前后穿梭的时间旅行冒险。
生活在孤儿院的小女孩苏菲（鲁比·巴恩希尔 Ruby Barnhill 饰）总是闷闷不乐。某天的凌晨三点，她独自趴在窗口守望长夜，却无意中见到一个身形巨大的巨人（马克·里朗斯 Mark Rylance 饰）。巨人被发现后惊慌失措，匆忙中抓起苏菲一路飞奔，回到了他所在的巨人国。幸运的是这个被称作好心眼儿的巨人人如其名，他不像其他同类一样以“人豆子”为食，只吃水果和蔬菜，而且他还会把寻找到的美梦送入孩子们的梦想。这也算是对同类暴行的一种补偿。兴许是拥有共同的孤独感和善良，小小的苏菲和高大的好心眼儿慢慢熟络，并彼此信任，他们成为了毫无芥蒂和隐藏的好朋友……
