W Edynburgu, Szkocja 1874, Jack rodzi się w najzimniejszym dniu w historii. Ze względu na ekstremalne zimno rodzi się z zamrożonym sercem, które nie bije. Położna Madeleine ratuje mu życie, zastępując jego serce kruchym, ale działającym zegarem z kukułką. Następnie radzi mu trzy zasady, aby zapobiec jego przedwczesnej śmierci: nigdy nie wolno mu bawić się wskazówkami zegara, stracić panowanie nad sobą, lub zakochać się. Matka Jacka, z sobie tylko znanych powodów, szybko decyduje, że jej dziecko będzie lepiej wychowane przez Madeleine i odchodzi, zostawiając Jacka. Madeleine, niezdolny do łożyska dzieci własnych, wychowuje i kocha go jako własny.
Na dziesiąte urodziny Jacka, Madeleine powtarza trzy zasady przed podjęciem go do miasta po raz pierwszy. On spotyka dziewczynę w mieście o nazwie Panna Acacia i staje się zauroczony nią. Po rozpoczęciu szkoły wkrótce potem, spotyka również Joe, łobuz, który jest zakochany w pannie Acacia, jak również. Zazdrosny, starszy chłopiec i jego gang studentów dręczyć Jacka przez następne cztery lata. Podczas napadu z Joe, kukułka serca zegara Jacka gouges oko Joe, a Jack biegnie do domu, wierząc, że zamordował Joe. Madeleine, wierząc, że Jack jest zbiegiem, pomaga mu uciec.
Jack chce tylko zobaczyć pannę Akację ponownie i ostatecznie spotyka się z Georges Méliès, magik próbujący obsługiwać wczesną kamerę filmową. Georges pomaga naprawić swoje serce i zgadza się dołączyć do Jacka w poszukiwaniu panny Akacji. Postępują one do Andaluzji, Hiszpania w poszukiwaniu jej.
Po długiej podróży przybywają do cyrku w Andaluzji. Jack znajduje pannę Akację, ale Georges odradza mu ujawnienie jego tożsamości do niej. Przystępuje do zaprzyjaźnienia się z nią i głupio unika dzielenia się swoimi uczuciami. Ona podpowiada, że jej serce należy do kogoś z jej przeszłości. Okazuje się, że Jack był tą osobą z jej przeszłości. Jack w końcu znajduje sposób, aby ujawnić się i daje klucz do panny Acacia, który może być używany do wiatrem jego heart.
Przed Jack i panna Acacia może uciec razem, Joe, łobuz z przeszłości Jacka, pokazuje się. Szukał okazji, aby dalej karać Jacka i wyjaśnia jej trzy zasady Jacka zegar kukułka serca w próbie sabotażu ich. Panna Acacia, po rozmowie z Joe, decyduje, że nie chce ryzykować bycia przyczyną śmierci Jacka, pozwalając mu się zakochać. Ona odrzuca go, i wychodzi z Joe. Jack, po odrzuceniu, łzy na śrubach jego heart.
W powozie z Miss Acacia i Joe, mówi jej, że wkrótce po Jack uciekł z pomocą Madeleine, Madeleine został wysłany do więzienia. Tam, wkrótce potem zmarła. Plotki mówiły, że zmarła z powodu złamanego serca. Panna Acacia w końcu uświadamia sobie, że posiada klucz do przetrwania Jacka i wraca, by go szukać. Szybko dowiaduje się, że Jack wyruszył do domu w Edynburgu i podąża za nim. Ona wie, że ma tylko krótki czas, aby go osiągnąć. Kiedy dociera do domu, dowiaduje się, co stało się z Madeleine. Mówią mu również, że Jack dał jej radość bycia matką, a ona martwi się na myśl o tym, jak on będzie grow up.
Miss Acacia znajduje Jacka przed grobem Madeleine, trzęsąc się z zimna. Ona próbuje użyć klucza, aby włączyć jego zegar, ale on odrzuca klucz, wybierając umrzeć z nie używając klucza. Potem w końcu całują się. Kiedy Jack przerywa pocałunek, czas zatrzymał się dla niego. Jack śpiewa piosenkę o wspinaczce do nieba podczas korzystania z zamrożonych płatków śniegu jako drabiny, wznosząc się do nieba, jak film zanika do czerni i kończy film.
.