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...

Alice, désormais âgée de 19 ans, retourne dans le monde fantastique qu'elle a découvert quand elle était enfant. Elle y retrouve ses amis le Lapin Blanc, Bonnet Blanc et Blanc Bonnet, le Loir, la Chenille, le Chat du Cheshire et, bien entendu, le Chapelier Fou. Alice s'embarque alors dans une aventure extraordinaire où elle accomplira son destin : mettre fin au règne de terreur de la Reine Rouge.