Hugo vertelt het verhaal van een weesjongetje dat stiekem in een treinstation in Parijs woont. Hij ontdekt dat er een mysterieus verband bestaat tussen het overlijden van zijn vader, zijn humeurige buurman, de eigenaar van de speelgoedwinkel en een hartvormige slot waarvoor geen sleutel lijkt te bestaan. Samen met een excentriek meisje probeert hij het geheimzinnige raadsel op te lossen.