Dos niños descubren una misteriosa caja con dispositivos extraños que ellos confunden con juguetes. A medida que los niños juegan con estos "juguetes"; comienzan a mostrar niveles más y más elevados de inteligencia. El profesor de los chicos informa a sus padres que parecen estar convirtiéndose en genios. Los padres también se percatan de que algo extraordinario está sucediendo. Emma, la más jóvenes de los dos, le dice a su confundida madre que uno de los juguetes, un conejo de peluche, parece llamarse Mimzy y que; le enseña cosas..
La preocupación de la madre de Emma va aumentando cada vez más, cuando repentinamente se produce un apagón en la ciudad. El gobierno rastrea el origen de la subida de tensión y la localiza en la casa de la familia. La situación empieza a estar fuera de control. Los niños se concentran en estos objetos extraños, en Mimzy, y en la importante misión a la cual parecen haber sido enviados. Cuando la pequeña dice que Mimzy les trae un mensaje muy serio desde el futuro, una exploración científica demuestra que el cuerpo de Mimzy está formado en parte por elementos electrónicos muy avanzados, ¡y en parte, por materia orgánica! Todos se dan cuenta de que están frente a algo realmente increíble, pero, ¿qué exactamente?