哈里（丹尼·德维托DannyDeVito饰）和泽尼亚（雷亚·普尔曼RheaPerlman饰）两夫妻，一个是商人，一个是赌棍，两人再也没有想到的是，他们爱情的结晶，小小的玛蒂尔达（玛拉·威尔逊MaraWilson饰）竟然是个世间罕有的天才。应玛蒂尔达的要求，完全忽视她的教育的父母将她送进了康琴小学，一段新的旅程在玛蒂尔达面前就此展开。身为康琴小学的校长，特拉齐布尔小姐（帕姆·费里斯PamFerris饰）喜欢听话而温顺的孩子，身为铅球高手，她解决问题的唯一方法就是武力。和暴力的特拉齐布尔小姐完全相反的是一年级老师汉尼小姐（艾伯丝·戴维兹EmbethDavidtz饰），她的温柔和耐心让玛蒂尔达如沐春风。聪明的玛蒂尔达发现汉尼小姐似乎有着一些无法结局但又说不出口的难处，她决定用自己的力量帮助汉尼小姐。

《魔幻铁路历险记》由最受孩子们欢迎的电视连续剧《火车头托马斯和他的朋友们》改编而成。该片秉承了原片无与伦比的魔法魅力，而且首次采用宽荧幕的形式向观众展示这种"半真人演绎半动画制作"的新派电影。 11岁的Lily（由Mara Wilson扮演）坐火车去她爷爷家玩。她爷爷（由Peter Fonda扮演）年轻时可是一名快乐的铁路工程师，但是现在过着孤独的生活。没想到Lily坐错了火车，最后在一个景色优美的小镇下了车。那个小镇名为" 美丽时光"， 在那里Lily遇上了一位会使魔法的列车长（由Alec Baldwin扮演），跟着他又上了火车，沿着"魔幻铁路"开始去苏达岛的探险之旅。要知道苏达岛可是一个玩具王国，可爱的Thomas（迷你型蓝色蒸气车头玩具）就住在那,但是现在这个"世外桃源"正在受到贪婪和愚昧的侵蚀。于是Lily 和Thomas联手，在小狗Mutt、小男孩Patch等其他许多好朋友们的帮助下，共同惩治坏蛋，最终使故事有了一个圆满的结尾。

奥利弗的梦想是成为一名歌手，可是，才华满满的他却似乎总是不走运，白白错失了很多成名的机会，至今默默无闻。女儿安娜贝尔（玛拉·威尔逊 Mara Wilson 饰）将父亲的努力都看在眼里，相信世界上有魔法存在的她向仙女寻求帮助，哪知道求来了一个对法术并不是很精通的仙童莫瑞。 莫瑞虽然有心想要帮助奥利弗和安娜贝尔，可是能力有限，往往弄巧成拙惹出一对的大麻烦。与此同时，邪恶的魔女克劳迪亚（黛博拉·奥黛儿 Deborah Odell 饰）重活了自由，为了称霸世界，她偷走了所有的魔杖，可百密一疏把莫瑞手上的那一根给漏掉了，就这样，莫瑞成为了拯救世界的最后希望。