玩笑开过头的托马斯【约瑟夫·梅 Joseph May 配音】不小心将高登的车厢撞脱了轨道，为了惩罚托马斯，胖总管将他分配到多多岛的的另一端工作，与新朋友莱恩【埃迪·雷德梅恩 Eddie Redmayne 配音】一起建造新的火车支线心灵深处自然会有许多不愿触碰的地方，每当独处时触景生情，就会有一种默莫名的感动或者忧伤跑了出来，那些落在心底里的闲闲思绪托马斯为重新展示自己是有用的火车，在新铁路上行走时未有留意危险告示，结果坠落裂缝的地洞，竟发现传说中的海盗船，并与水手约翰【约翰·赫特 John Hurt 配音】和帆船斯基夫【杰米·坎贝尔·鲍尔 Jamie Campbell Bower 配音】结伴，在多多岛展开紧张刺激的寻宝之旅……