Il piccolo Hugo Cabret vive nascosto nella stazione di Paris Montparnasse. Rimasto orfano, si occupa di far funzionare i tanti orologi della stazione e coltiva il sogno di aggiustare l'uomo meccanico che conserva nel suo nascondiglio e che rappresenta tutto ciò che gli è rimasto del padre. Per farlo, sottrae gli attrezzi di cui ha bisogno dal chiosco del giocattolaio, un uomo triste e burbero, ma viene colto in flagrante dal vecchio e derubato del prezioso taccuino di suo padre con i disegni dell'automa. Riavere quel taccuino è per Hugo una questione vitale.