T.S. Spivet, vit dans un ranch isolé du Montana avec ses parents, sa soeur Gracie et son frère Layton. Petit garçon surdoué et passionné de science, il a inventé la machine à mouvement perpétuel, ce qui lui vaut de recevoir le très prestigieux prix Baird du Musée Smithsonian de Washington. Sans rien dire à sa famille, il part, seul, chercher sa récompense et traverse les Etats-Unis sur un train...

Foley, un ancien arnaqueur, tente de changer de vie après avoir passé vingt ans en prison. Mais il se retrouve bientôt piégé dans une nouvelle machination, suite à sa rencontre avec Iris, une jeune femme insaisissable...