1960年代的中国，一名年轻女性的关键决定掀起跨越时空的波澜，影响了一群身处现代的杰出科学家。自然法则在他们眼前逐渐支离破碎，五位曾经共事的科学家必须再度合作，化解人类史上最重大的威胁。

影片聚焦经典之作《查理和巧克力工厂》的主人公威利·旺卡（提莫西·查拉梅饰），这位年轻且天赋异禀的发明家、魔术师、巧克力制作师，是如何经历奇幻冒险，成长为观众挚爱的巧克力工厂掌门人的故事。