19世纪末工业革命鼎盛的伦敦，13岁少年雷·斯蒂文森痴迷蒸汽机械，祖父开尔文与父亲詹姆斯均为顶尖工程师。祖父失踪前寄来一枚能产生无穷能量的“蒸汽球”，却引来了野心勃勃的美国财阀罗伯特·奥利凡德——他正利用詹姆斯，筹备世博会巨型蒸汽装置“伦敦之卵”，意图以蒸汽球驱动其掌控世界。
雷发现蒸汽球暗藏毁灭隐患，却遭奥利凡德派人抢夺。他带着球躲避，目睹父亲被野心蒙蔽，甚至主动配合反派。当世博会开幕，“伦敦之卵”失控膨胀，蒸汽洪流即将吞噬城市，雷驾驶自制的蒸汽机车，携蒸汽球冲向失控核心。
关键时刻，假死的祖父出现，与雷联手——利用蒸汽球的可控能量，精准抵消“伦敦之卵”的过剩动力。危机解除，詹姆斯幡然醒悟，奥利凡德自食恶果。雷虽失去蒸汽球，却懂得“技术需以责任为舵”，回到平凡生活继续钻研机械。
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