调皮的托马斯（约瑟夫·梅 Joseph May 配音）闯了祸，胖总管罚它来到多多岛的另一边，参与建造新的火车支线，在那里和托马斯一起工作的，是泌尿莱恩（埃迪·雷德梅恩 Eddie Redmayne 配音）的蒸汽火车头。为了显示自己的实力，托马斯卯足了劲儿埋头猛干，却在意外之中落入了地洞里，并误打误撞的发现了传说中消失已久的额海盗船。在海盗船上，等待着托马斯的是经验丰富的老水手约翰（约翰·赫特 John Hurt 配音）以及活泼聪明的帆船斯基夫（杰米·坎贝尔·鲍尔 Jamie Campbell Bower 配音），他们结成盟友，一起踏上了冒险的旅途，解开了隐藏了多年的多多岛宝藏之谜，收获了财富和友情。

蒙塔古太太和凯普莱特先生是一对互相嫌弃的老邻居，他们一个将房屋全部漆成蓝色，一个漆成红色。各自的花园里则居住着两个矮人精灵家族，与主人们一样，蓝色与红色精灵家族也是一篱笆之隔的生死冤家，平日里他们是陶瓷摆件，没人时便开始打个你死我活。一天夜里，红色家族首领的女儿朱丽叶（ 艾米丽·布朗特 Emily Blunt 配音）偷偷前去寻找一朵有魔力的奇异兰花，不巧却碰上了蓝色家族的勇士吉诺米欧（詹姆斯·麦卡沃伊 James McAvoy 配音），一场争夺之战却鬼使神差地在奇异兰的催化下演变成电光火石的爱情萌芽。从此，两人展开了秘密的热恋，彼此相爱的他们也开始对两家的世仇质疑起来。然而此时，红蓝家族间的战争却已愈演愈烈，面对着高高的篱笆与无休止的硝烟，两个小人的爱情是否仍旧无法逃脱早已被莎翁写好的剧情呢？
本片创作灵感来源于莎士比亚的著名戏剧《罗密欧与朱丽叶》。

一辆来自澳洲的淘气小赛车艾斯，参加世界巡回比赛时路过了多多岛。从未离开过多多岛的小火车托马斯听到艾斯游历世界的见闻后，也决定展开自己第一次的全球大冒险！他和新的朋友——来自非洲肯尼亚的女性火车妮亚，一起越过沙漠、丛林还有危险的高山，横跨非洲、南美洲、中美洲、北美洲和亚洲等五大洲，体验前所未见的壮丽景色和异国风情，用友谊、智慧与勇气写下了属于自己成长冒险之旅。