雨果的爸爸才剛過世不久，他生前是個鐘錶匠，曾在工作的博物館裡發現一個機器人：一個栩栩如生的人偶！這個機器人偶坐在小書桌前，手裡握著筆，似乎隨時都準備傳達訊息。
　　自從雨果看了機器人後，這男孩就跟他父親一樣、全心全意想讓這個機器人再度運作；雨果的爸爸甚至將畫有機器人內部機件的筆記本交給他。雨果相信，只要修好機器人，一定可以讀見爸爸預留的訊息，明白自己今後將何去何從。
　　為了修理機器人，這個男孩三番兩次偷取車站玩具店裡的發條玩具，以便拆解出更多適合機器人的零件。沒想到，卻因此引出更複雜、甚至深具意義的祕密！這個男孩的命運，出其不意的和擁有玩具店的老人、機伶的女孩伊莎貝兒交纏在一起……。