Marie-Laure viu amb el seu pare a París, prop del Museu d’Història Natural, on ell treballa com a responsable dels seus mil panys. Quan, sent molt xiqueta, Marie-Laure es queda cega, el seu pare li construeix una perfecta miniatura del seu barri perquè puga memoritzar-la gràcies al tacte i trobar el camí a casa. Als seus dotze anys, els nazis ocupen París i pare i filla han de fugir a la ciutat emmurallada de Saint-Dolent. Amb ells es porten la que podria ser la més preuada i perillosa joia del museu.
En una ciutat minera d’Alemanya, el jove orfe Werner creix al costat de la seua germana xicoteta, captivat per una rudimentària radie que tots dos troben. Werner es converteix en un expert a construir i reparar aquests aparells crucials per als nous temps, un talent que no passa desapercebut a les Joventuts Hitlerianas.
Seguint a l’exèrcit alemany, Werner haurà de travessar el cor en guerra d’Europa. Fins que en l’última nit abans de l’alliberament de Saint-Dolent els camins de Werner i Marie-Laure per fi es creuen. I les seues vides canvien per sempre.