Meg Murry (Storm Reid) ist ein typischer Teenager, der einfach nur dazugehören möchte. Die Tochter zweier weltberühmter Physiker ist, genau wie ihr kleiner Bruder Charles Wallace (Deric McCabe), hochintelligent und auf einzigartige Weise begabt. Was ihr Leben allerdings noch komplizierter macht, ist das plötzliche Verschwinden ihres Vaters (Chris Pine). Als Meg herausfindet, dass es etwas mit dem geheimen Projekt ihrer Eltern zu tun haben muss, nimmt die Sache ganz neue Dimensionen an: Um ihren Vater zu finden müssen Meg, ihr Klassenkamerad Calvin (Levi Miller) und ihr Bruder dieser mysteriösen Erfindung auf den Grund gehen und sich auf eine gewagte Expedition durch Raum und Zeit begeben, in der sie in Welten vordringen, die sich jenseits jeder Vorstellungskraft befinden. Neben vielen Gefahren gibt es allerdings auch unerwartete Hilfe von drei rätselhaften überirdischen Wesen (Mrs. Welche - Oprah Winfrey, Mrs. Soundso - Reese Witherspoon und Mrs. Wer - Mindy Kaling), die sie auf ihrem Weg begleiten.