L’orologio della stazione ferroviaria di Parigi è un ottimo punto di osservazione per il ragazzino dalle mille risorse, Hugo Cabret. Alla morte dei suoi genitori Hugo (Asa Butterfield) è costretto ad andare a vivere con lo scontroso e ubriacone dello zio paterno, addetto alla manutenzione degli orologi nella stazione ferroviaria di Parigi ed è proprio lui a insegnargli tutto sugli orologi. Tuttavia, il ragazzino è più impegnato a cercare di scoprire un segreto di suo padre che a segnalare la scomparsa dello zio, ma ciò lo porterà a incontrare un particolare venditore di giocattoli, Papà George (Ben Kingsley) e la sua figlia adottiva Isabelle (Chloë Grace Moret).

Tratto dall'omonimo libro di David Nicholls, autore anche della sceneggiatura, «One Day», racconta la straordinaria amicizia tra Emma Morley (interpretata dall’attrice candidata all’Oscar Anne Hathaway) e Dexter Mayhew (interpretato da Jim Sturgess, protagonista di Across the Universe) che nasce all'indomani di una giornata trascorsa assieme, il 15 luglio 1988, data che verrà commemorata con un incontro annuale. Eppure una vacanza inaspettata porterà i due ragazzi ad allontanarsi per molto tempo e quando arriverà il momento di rincontrarsi, si renderanno conto che qualcosa è cambiato...