一辆来自澳洲的淘气小赛车艾斯，参与世界巡回竞赛时路过了多多岛从未分开过多多岛的小火车托马斯听到艾斯游历世界的见闻后，也决议展开自己第一次的全球大冒险！他和新的冤家——来自非洲肯尼亚的女性火车妮亚，一同越过沙漠、丛林还有风险的平地，横跨非洲、南美洲、中美洲、北美洲和亚洲等五大洲，体验前所未见的绚丽景色和异国风情，用友谊、智慧与勇气写下了属于自己生长冒险之旅

托马斯（约翰·海斯勒 John Hasler 配音）想要参与了不起的火车竞赛，但是，他的这一决议却遭到了其他火车头们的讪笑他们觉得托马斯太普通了，基本比不过那些矮小威猛或许美丽心爱的火车头们 为了在竞赛中胜出，托马斯决议来一番自我改造。他想要经过改动身心来取得更快的速度，但是这一方案最终以失败告终。之后，托马斯又末尾在装饰上花心思，希图靠外表取胜，但这显然并不是他的作风。阅历了一连串的迂回后，托马

James经常向Thomas自誇是肥控制員最愛的火車頭，所以经常被分配到較好的义务由於Henry發生不测，不能如期運送卡車到對岸，James便取笑地說，他會替代Henry到對岸大冒險於是Thomas翌日便很早起床私自帶着卡車出發到對岸。肥控制員並不介意，高興地重新改組义务，讓James在Thomas的支線义务。而James有點不高興。　　可是，運送卡車的义务未如Thomas所想般簡單，他更在對岸迷

淘气的托马斯（约瑟夫·梅 Joseph May 配音）闯了祸，胖总管罚它分开多多岛的另一边，参与建造新的火车支线，在那里和托马斯一同义务的，是泌尿莱恩（埃迪·雷德梅恩 Eddie Redmayne 配音）的蒸汽火车头 为了显示自己的实力，托马斯卯足了劲儿埋头猛干，却在不测之中落入了地洞里，并误打误撞的发现了传说中消逝已久的额海盗船在海盗船上，等候着托马斯的是阅历丰厚的老水手约翰（约翰·赫特 Joh