小小少年T.S. 斯派维（凯尔·凯特莱特 Kyle Catlett 饰）生于蒙大拿州一个偏远牧场，他有一颗聪明绝顶的大脑，酷爱制图学和科学图解，年仅十岁就发明了永动机。他的父亲（考乐姆·吉斯·雷尼 Callum Keith Rennie 饰）是个狂热的牛仔迷，搜集关于西部牛仔的一切；母亲（海伦娜·伯翰·卡特 Helena Bonham Carter 饰）是一位生物学博士，潜心投入到昆虫研究中；而姐姐则是一个最普通不过的正常人，她常常为生在这个一屋子怪人的家里而烦恼。T.S.原本还有一个异卵双胞胎弟弟雷顿，去年死于一场意外。 　　这天，T.S.接到一个来自史密森学院的电话，告知他被授予了世界科学大奖贝尔德奖，并邀请他到华盛顿演讲。于是，十岁的科学奇才T.S.斯派维，偷偷爬上了货运火车，独自踏上了穿越美国的奇异旅行。

《大眼睛》故事发生在上个世纪60年代，一种名为“大眼孩子”的插图流行起来。不久，其作者沃尔特·基恩遭到起诉，被指责盗取他人作品，而对方正是沃尔特的妻子玛格丽特。玛格丽特表示，大眼孩子的绘画原本出自她之手，性格内向的她每天在地下室里作画，而丈夫沃尔特仅仅是在画作下方签上自己的名字进行销售而已。最终二人婚姻破裂。事情闹上法庭后，法官让二人现场作画，沃尔特推三阻四，借口不断，最终版权案真相大白。