Opfindelsen af Hugo Cabret

Den 12-årige Hugo bor alene inde mellem væggene på en af Paris´ enorme banegårde, hvor han klarer sig så godt, han nu kan, mens han tager sig af stationens ure. Hugos egentlige passion er dog den mekaniske dukke, som er det eneste, han har tilbage efter sin afdøde far. Dukken er i stykker, men Hugo er sikker på, at hvis han blot kan få den til at fungere, vil den kunne give ham en vigtig besked fra faderen.

For at reparere dukken bliver Hugo nødt til at stjæle reservedele fra banegårdens legetøjsbod, men en dag bliver han fanget af den ældre herre, der ejer boden. Som straf tager den gamle mand Hugos notesbog med faderens skitser til reparation af dukken. Hugo er desperat for at få bogen tilbage og indvilliger i at arbejde i boden for at råde bod på tyverierne. Det bliver begyndelsen til et tøvende venskab med den ældre herres barnebarn, der måske kan hjælpe Hugo med at lokke både dukkens og måske også andre hemmeligheder frem.