Matilda es una niña apasionada por la ciencia y la invención, admiradora de figuras como Marie Curie, Leonardo da Vinci y Thomas Edison. Su mayor sueño es convertirse en una inventora famosa. Sin embargo, sufre una gran decepción al no ganar la feria de ciencias de su escuela, especialmente porque los jueces dudan de que ella haya creado su proyecto por sí misma, simplemente por ser niña. Al compartir su frustración con su abuela Joss, Matilda descubre que su abuela también fue científica y llegó a descubrir su propio planeta. No obstante, la abuela Joss también fue ignorada, ya que su jefe, el profesor Smocks, se atribuyó su descubrimiento y está a punto de recibir un Premio Nobel. Matilda idea un plan para irrumpir en la ceremonia de premiación y revelar la verdad, dando inicio a una emocionante carrera contrarreloj que las llevará por París, Hamburgo y Estocolmo, donde conocerán a una estrella de cine, un circo y un ladrón de diamantes buscado.