Der zehnjährige Noah Wilder (Chris O'Neil) lebt zusammen mit seiner jüngeren Schwester Emma (Rhiannon Leigh Wryn) bei seinen Eltern in einem alten Landhaus. Während Noah von der Schule wenig begeistert ist, ist die erst fünfjährige Emma recht begabt.
Bei einem gemeinsamen Familienausflug an die See finden die beiden Kindern am Strand eine geheimnisvolle Schachtel, die sie mit nach Hause nehmen. In ihrem Inneren befinden sich einige zunächst wenig aufregend anmutende Dinge: Etwas, das aussieht wie eine Kreditkarte, ein Stein, eine Muschel, Knetmasse und - und das ist dann noch das Aufregendste - ein zerschlissenes Stoffkaninchen, dass nach Emmas Überzeugung auf den Namen "Mimzy" hört.
Nach und nach finden die Kinder heraus, dass man mit den Dingen jedoch sehr bemerkenswerte Dinge anstellen kann: Der Stein zerfällt zu kleinen Kreiseln, mit denen man Dinge einfach verschwinden lassen kann; mit der Muschel läßt sich offenbar die Natur beeinflussen, und Mimzy beginnt schließlich mit Emma telepathischen Kontakt aufzunehmen. Zudem wirken sich die Gegenstände sehr positiv auf die Intelligenz der Kinder und insbesondere auf Noahs Schulnoten aus - sehr zur Verwunderung von Noahs Lehrer Larry White (Rainn Wilson), der so beeindruckt ist, dass er die Angelegenheit sogar mit seiner Freundin Naomi (Kathryn Hahn) bespricht.
Sowohl Jo Wilder (Joely Richardson), der Mutter der beiden, noch Vater David Wilder (Timothy Hutton - Oscar für "Eine ganz normale Familie") bleiben die Veränderungen ihrer Kinder verborgen, aber zu erklären vermögen sie diese nicht. Die ganze Siuation eskaliert, als schließlich ein vom Haus der Wilders ausgehender Energiestrahl die Stromversorgung des ganzen Landes lahmlegt.
Die Behörden untersuchen den Vorfall. Eine Antiterror-Einheit der Homeland Security in Seattle unter Führung von Agent Broadman (Michael Clarke Duncan) rückt an, stürmt das Haus und verhaftet kurzerhand die ganze Familie, der man unterstellt, mit den Mächten des Bösen in Kontakt zu stehen. Schließlich beginnt man Mimzy, die - so weiß Emma zu berichten - eine wichtige Botschaft an die Menschheit zu überbringen hat, wissenschaftlich zu untersuchen. Die Ergebnisse sind ebenso überraschend wie beunruhigend...