中年男子弗蘭克·沃克（喬治·克魯尼飾）與女孩凱茜·牛頓（布麗特·羅伯森飾）交談時，回憶起童年往事：少年弗蘭克（托馬斯·羅賓遜飾）曾帶著自制發明前往主題公園，因意外獲得神秘少女雅典娜（拉菲·卡西迪飾）指引，目睹了名為“明日世界”的未來都市。成年后的凱茜因私自闖入NASA禁區而觸發一枚隱藏徽章，意外與弗蘭克相遇。兩人發現凱茜的科學天賦與弗蘭克掌握的關鍵信息存在關聯，遂共同前往明日世界。他們發現這座寄托人類希望的烏托邦正因預見性系統預測到未來災難而逐漸崩毀，最終通過重啟核心裝置向現實世界發送希望信號，使人類重拾對未來的信念。