Unis malgré eux par le destin, Frank Walker (George Clooney), un inventeur désabusé, et Casey Newton (Britt Robertson), une adolescente passionnée par les sciences au caractère bien trempé, s’embarquent pour une quête périlleuse qui va les conduire dans un mystérieux univers parallèle où rien n’est impossible. Ce qu’ils vont y découvrir changera le monde – et eux-mêmes – à jamais.