Nim (Abigail Breslin) est une petite fille de 8 ans vivant avec son père (Gerard Butler) sur une île sauvage. Entre ses amis imaginaires (en particulier Alex Rover, un héros de romans d'aventure) et ses animaux de compagnie (un lion de mer, un pélican et un iguane) elle ne s'ennuie pas une seconde. Mais lorsque son père est coincé en mer après un accident elle se retrouve seule à devoir défendre son île contre des pirates impitoyables.

Terrifiée, elle demande de l'aide au fameux Alex Rover, sans savoir que c'est un personnage fictif écrit par une romancière solitaire et agoraphobe (Jodie Foster). Celle-ci, émue par la détresse de Nim, décide de traverser le monde pour secourir une petite fille qu'elle n'a jamais vue...