Dr. Alex Murry (Chris Pine) ist Wissenschaftler und experimentiert viel herum. Unter anderem forscht er an einem sogenannten Tesserakt (vierdimensionaler Würfel) und verschwindet spurlos. Seine Tochter Meg (Storm Reid) und ihr Bruder Charles Wallace (Deric McCabe) gelten in der Schule eher als Sonderlinge. In einer Nacht wird Meg von einer rätselhaften alten Frau namens Wasdenn (Reese Witherspoon) heimgesucht. Mit im Schlepptau sind außerdem noch Frau Diedas (Mindy Kaling) und Frau Dergestalt (Oprah Winfrey) die Meg helfen möchte ihren Vater wieder zu finden. Dafür senden sie Meg, Bruder Charles Wallace und seinen Freund Calvin auf eine Reise durch Raum und Zeit.