女儿的生命危在旦夕,一位母亲在老犯罪团伙的帮助下,从戒备森严的监狱取回了丈夫的组织。。阿克曼博士是当地一所大学的生物老师,他在被不明飞行物追赶时遇到了意外的死亡。韦斯利,他的一个学生,在吸引女性方面有困难。这一切都发生了变化,当Xenobia女士接管了阿克曼的课程,并说服卫斯理参加一些维生素研究,她和她的助理Drax正在进行。突然,韦斯利变得很有魅力,尽管在兴奋的时候,他的脑袋里长出了肉质的天线。他新发现的成功可能会疏远他真正关心的那个女孩(Leeanne),而Xenobia的动机可能与她不是这个地球的事实有关。。小男孩雨果(阿沙·巴特菲尔德 Asa Butterfield 饰)天生机械控。他寄宿巴黎火车站钟楼,偶尔会去玩具店偷些零件,用来修补父亲(裘德·洛 Jude Law 饰)留下的机器人。一次行窃,他被店主乔治•梅里埃(本·金斯利 Ben Kingsley 饰)当场抓获,因 忌惮带猎狗的巡警(萨莎·拜伦·科恩 Sacha Baron Cohen 饰)只得就范。乔治拿走了雨果父亲的遗物——一本机械手册,令他心急如焚,他尾随至乔治家中,结识了养女伊莎贝拉(科洛·莫瑞兹 Chloë Moretz 饰),他恳求她帮自己保住手册。而伊莎贝拉则觉得此事蹊跷,于是两人结伴探秘。修好的机器人作画的落款却显示乔治的名字,让他们疑心顿起。终于他们发现了乔治家中装满画作的神秘柜子,并在图书馆的电影书籍中发现了乔治的身世。一位知情人的显身,让他们的奇幻冒险更添神秘……
本片根据布莱恩•瑟兹尼克的同名小说改编,是马丁•斯科塞斯的首部3D力作。。