Parigi, inizio anni '30. Il dodicenne Hugo vive nella stazione di Montparnasse dove, all'insaputa di tutti, ha sostituito lo zio nel ruolo di tecnico orologiaio. Il suo vero scopo, però, è quello di aggiustare un automa al quale aveva iniziato a lavorare insieme al padre, orologiaio di professione, morto durante un incendio.
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Hugo, pur di sistemarlo, ruba pezzi ad alcuni giocattoli dal negozio dell'anziano giocattolaio della stazione, ma viene colto in flagrante e costretto a lavorare per riparare il suo danno. L'incontro con il burbero giocattolaio e la sua figlia adottiva lo risucchierà in una magica e misteriosa avventura che cambierà per sempre la sua vita.
