九十多年前，一声火车汽笛的长鸣打破了一个英国小镇的宁静，也为一个腼腆的男孩带来了无限遐想和快乐。他从不觉得这些轰隆隆的大家伙是呆板的机械，而是有想法有感情有个性会说话的小伙伴。男孩长大后，成为了一名牧师，也成为了一位父亲。儿子生病的时候，父亲重拾童年旧梦，讲起了小火车的故事。孩子立刻就被这个神奇的故事所吸引。不仅如此，儿子还提出了好多意见，剔除了故事中不易被孩子们接受的东西，使这个火车头的故事变得更加生动有趣。影片讲述了托马斯想要参加了不起的火车比赛，却遭到了大火车头们的嘲笑。他们觉得托马斯的身形不够高大威猛、速度也不够快，很难与世界各地最优秀的火车们匹敌。改变造型、添加装饰……参赛心切的托马斯想尽了办法，但最后计划全部泡汤。托马斯终于意识到只有坚持自我才能在竞赛中赢得希望。而当他抵达竞赛现场时，一场柴油火车策划的阴谋再度阻拦了他的去路……托马斯和他的第一个中国火车朋友勇宝的友谊之旅也随之开启。