Lewis är en pojke som gillar att uppfinna saker. Han är nästan ett geni och en dag uppfinner han en maskin som kan återvinna glömda minnen. Han hoppas kunna avslöja varför hans mamma bestämde sig för att adoptera bort honom, men innan han får svaret stjäls uppfinningen.
Lewis har nästan gett upp när han träffar den mystiske pojken Wilbur Robinson och tillsammans reser de till framtiden. Där får Lewis tillbringa en dag med Wilburs excentriska familj. I en värld med flygande bilar och flytande städer letar de reda på tjuven som stulit Lewis uppfinningsmaskin samtidigt som de räddar framtiden.