Lorsque Noah et sa soeur Emma découvrent une étrange boîte sur la plage, ils ignorent que leur vie va changer... En jouant avec les curieux objets que contient le coffret, et surtout un lapin en peluche que la petite fille a baptisé Mimzy, les enfants développent peu à peu d'extraordinaires capacités. 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...