Die junge Casey Newton (Britt Robertson), die vor wissenschaftlicher Neugier nur so strotzt, sucht die Hilfe des verbitterten Erfinders Frank Walker (George Clooney) auf. Dieser war als Kind selbst als Genie bekannt, doch sein Ruhm ist schon lange verblasst. Casey kann seine Faszination jedoch erneut entfachen, denn gemeinsam wollen sie die Geheimnisse aufdecken, die das mysteriöse Tomorrowland umgeben. Dabei scheint es sich um einen Ort jenseits von Zeit und Raum – in den Tiefen ihres gemeinsamen Bewusstseins – zu handeln. Unterstützung erhalten sie dabei von dem pubertären Roboter-Mädchen Athena (Raffey Cassidy), die Frank noch aus den Zeiten kennt, in denen er selbst noch ein kleine Junge mit großer Neugier war.