Une jeune fille de dix-huit ans, Sophie, qui travaille dans le magasin de son défunt père, rencontre par hasard un mystérieux sorcier nommé Hauru, lors d'une course poursuite. Hauru la prend alors en sympathie. Cependant la sorcière des Landes, qui est amoureuse de Hauru, devient jalouse de l'attention portée à Sophie par ce dernier. Pour se venger, elle décide de transformer la jeune Sophie en une vieille dame de quatre-vingt-dix ans. Incapable de révéler cette transformation à sa famille, elle s'enferme chez elle, puis s'enfuit.
Dorothy Gale, une jeune orpheline, est élevée dans une ferme du Kansas tenue par sa tante et son oncle. Son chien Toto étant persécuté par la méchante Almira Gulch, Dorothy demande aux trois ouvriers de la ferme de le protéger. Cependant personne ne semble prendre au sérieux les craintes de la jeune fille. Sa tante Em lui reproche son imagination et lui demande de trouver sa place dans un monde sans problème.
Des pirates du ciel, la « bande de Dora », attaquent une forteresse volante ; ils recherchent une « pierre volante » appartenant à une jeune fille, Sheeta, retenue prisonnière. Cette dernière arrive à s'enfuir pour atterrir chez Pazu, un garçon de son âge. Tous deux découvrent qu'ils ont un point commun : Laputa, une île légendaire flottant dans le ciel. Le père de Pazu l'avait vue de ses propres yeux mais personne ne l'avait cru, le laissant mourir de chagrin ; mais Sheeta a cette « pierre volante » qui conduit jusqu'à l'île. Poursuivis par les pirates et le clan de Muska, l'homme voulant se servir de la jeune fille pour parvenir à régner sur ces terres, les deux enfants devront s'entraider pour y arriver avant eux.
Un extra-terrestre à l’allure étrange confie à deux humains, Diadia Vova (oncle Vova) et Skripatch (Violoniste), un appareil mystérieux. À la suite d’une manipulation imprudente, Diadia Vova et Skripatch se retrouvent transportés sur la planète désertique Plouke de la galaxie Kin-dza-dza. Peuplée d’humanoïdes télépathes, la planète cultive un curieux paradoxe. Disposant d’une technologie très en avance sur la Terre, Plouke présente un système social proche de la barbarie...
Le film commence à Gothia, une ville imaginaire à l'architecture métallique où l'on se déplace à l'aide de dirigeables et de machines à vapeur. Une terrible peste décime la population. Jasper Morello, un aéronaute royal, a récemment causé la mort accidentelle d'un membre de son équipage à cause d'une erreur de calcul, et en garde une culpabilité qui le ronge. Il reçoit du gouvernement une mission de pose de sondes météorologiques et s'embarque à bord du dirigeable Resolution, non sans inquiétude à l'idée de laisser son épouse dans la ville ravagée par l'épidémie.
En Angleterre, au XIX siècle, un village a été nommé Mur en raison de la présence, à proximité, d'un mur qui a été bâti pour séparer le monde des humains du royaume magique de Stormhold. Dunstan Thorn a réussi à tromper la vigilance du gardien du mur et à passer une nuit à Stormhold alors qu'il était jeune. Il y a rencontré la jeune esclave d'une sorcière avec qui il a eu une romance d'une nuit et, neuf mois plus tard, un bébé a été apporté chez lui.
Un ancien clown est engagé comme concierge dans un hôtel. Le quartier est peuplé entre autres de « troglodystes », d'un boucher, d'un éleveur de grenouilles et de fabricants de boîte à meuh. Sur fond de guerre et de terrorisme, le voyageur va découvrir l'amour.
À une époque indéterminée, dans une société steampunk, au large d'une ville portuaire, Krank vit sur une plate-forme entourée de mines. C'est un vieil homme issu des expériences d'un scientifique disparu, comme les clones qui l'entourent et d'autres créatures ratées. Krank est dépressif car il ne peut pas rêver. Aussi fait-il appel à une organisation criminelle (« Les Cyclopes ») afin d'enlever des enfants dans la ville dans le but de leur voler leurs rêves. Hélas pour lui, même quand il s'immisce dans les rêves des enfants sous la forme d'un père Noël, il n'y trouve que des cauchemars.
À Paris, au tournant des années 1930, Hugo Cabret, un garçon d'une dizaine d'années, vit humblement avec son père, horloger. Il se retrouve orphelin à la suite d'un incendie causant la mort de ce dernier. Il se réfugie alors dans une gare, derrière les horloges qu'il entretient. Il passe le reste de son temps à tenter de réparer l'automate mécanique que son père cherchait à restaurer avant sa mort. Hugo est convaincu que le robot, dont la vocation est d'écrire, renferme un ultime message de son père. Il n'hésite pas à voler viennoiseries ou petits objets, et il est pris en flagrant délit par un vieux monsieur tenant une boutique de jouets, qui lui confisque son carnet de croquis. Hugo, en tentant de récupérer son carnet, rencontre la filleule du marchand de jouets, qui devient alors son amie.
Le comte d'Artigas a mis sur pied une bande de pirates qui écume les épaves voire coule intentionnellement les navires marchands à l'aide d'un sous-marin ultramoderne, lui-même dérobé. Son ambition le pousse ensuite à enlever le professeur Roch et son assistant, Simon Hart, afin de les mettre à son service. Le professeur, tenu dans l'ignorance des projets maléfiques du comte, met au point un explosif très dangereux et révolutionnaire par sa puissance destructrice. Son assistant, lui, a décelé les projets du comte et est gardé prisonnier.
Partout dans le monde, la presse s'enflamme : en Inde un magnat du coton est ruiné par un scandale, en Chine un trafiquant d'opium est mort apparemment d'une overdose, des attentats se sont produits à Strasbourg, à Vienne et, aux États-Unis, un baron de l'acier vient de mourir… Tout cela n'est que, aux yeux du célèbre Sherlock Holmes, le commencement d'une histoire de grande envergure liée à son plus grand ennemi : James Moriarty, le plus dangereux cerveau criminel du monde occidental.
Sans famille, Elisa Esposito (Sally Hawkins) a été trouvée, enfant, dans une rivière. Elle porte au cou des cicatrices semblant témoigner de violences exercées sur son larynx, qui expliqueraient qu'elle soit muette. Elle vit dans une grande solitude, tout comme son voisin de palier Giles (Richard Jenkins), un vieil homosexuel, illustrateur publicitaire sans emploi.
À Metropolis, une cité futuriste, humains et robots cohabitent, mais vivent dans des espaces bien délimités. Dans une atmosphère baignée par la musique de jazz, cette cité est le théâtre d'une enquête de police menée par un inspecteur japonais et son jeune neveu, Kenichi, au sujet d'un savant accusé de trafic d'organes, le docteur Laughton, qui est au service de l'homme le plus puissant de la ville. Celui-ci utilise les services du savant pour créer un robot ultra-moderne, ayant l'apparence de sa défunte fille, Tima. Ce robot est la clé d'une arme secrète destinée à lui assurer la domination du monde, la Ziggurat, une haute tour à l'image de la tour de Babel, conçue pour égaler Dieu.
À la veille de la guerre de 1870, l’empereur Napoléon III et le maréchal Bazaine se rendent au Jardin des Plantes où Gustave Franklin, un biologiste de renom, avait promis de créer un sérum pouvant rendre les soldats Français immortels. Il doit admettre qu’à l’exception d’un duo de reptiles, sa tentative a été un échec. Furieux, l’empereur ordonne au maréchal de tuer les cobayes qui s’échappent mais un incident de laboratoire fait exploser le bâtiment et tue toutes les personnes présentes. Son fils, Napoléon IV, signe un traité d’amitié avec la Prusse et la guerre de 1870 n’a ainsi pas lieu.
L'ombre de Nathan Rijckx, un soldat belge décédé lors de la Première Guerre mondiale, est capturée par un étrange collectionneur. Il se voit offrir la chance de revivre s'il capture les ombres de 10 000 autres personnes.