Lorsque Noah et sa petite soeur Emma ouvrent l'étrange boîte qu'ils ont trouvée sur la plage, ils y découvrent quelques bizarreries et un lapin en peluche, que la petite fille baptise Mimzy. D'où viennent ces mystérieux objets, et à quoi peuvent-ils servir? Peu après, les enfants commencent à développer d'extraordinaires capacités. Emma possède désormais d'inexplicables pouvoirs psychiques et Noah, qui n'a jamais été très fort à l'école, devient un génie scientifique. Il est même capable de déplacer des objets par sa seule volonté. Larry, le professeur de Noah, comprend le premier que les enfants sont en train d'être transformés dans le but d'accomplir quelque chose qui les dépasse... Face aux adultes, face au FBI et aux scientifiques qui s'intéressent maintenant à eux et à leurs mystérieux jouets, Emma et Noah vont devoir s'en sortir seuls et protéger leur trésor car, ils le sentent, le destin de l'humanité est en jeu, et Mimzy est la clef...