Lewis cresce sem pais e sonha ardentemente em encontrar sua família. Felizmente, Lewis tem uma imaginação fértil e uma habilidade impressionante para inventar diversos dispositivos fantásticos. Com várias peças que encontram por aí, ele constrói um aparelho para revelar memórias, na esperança de ver pelo menos o rosto de sua mãe, que o abandonou em um orfanato quando ele ainda era um bebê. Mas na exposição da escola, onde Lewis deve apresentar seu scanner de memórias em ação, acontece algo incrível. Primeiro, Lewis conhece seu colega da mesma idade, Wilber, que se apresenta como um funcionário do “Serviço de Controle do Tempo” vindo do futuro. E então, outro visitante do futuro, um sujeito sinistro de cartola preta, rouba a invenção de Lewis e causa um verdadeiro caos na exposição. Para capturar o criminoso e colocar tudo de volta no lugar, os garotos viajarão para o futuro, onde uma série de aventuras emocionantes aguarda Lewis. Ele vai dar uma volta na máquina do tempo, fazer amizade com o robô Karl, participar de uma luta contra um dinossauro guardião, salvar o mundo inteiro das artimanhas do vilão e de seu chapéu-coco, e, o mais importante, conhecerá a numerosa, unida e excêntrica família Robinson, e encontrará neles os parentes tão esperados.
