玩笑开过头的托马斯不小心将高登的车厢撞脱了轨道，为了惩罚托马斯，胖总管将他分配到多多岛的的另一端工作，与新朋友莱恩一起建造新的火车支线。托马斯为重新展示自己是有用的火车，在新铁路上行走时未有留意危险告示，结果坠落裂缝的地洞，竟发现传说中的海盗船，并与水手约翰和帆船斯基夫结伴，在多多岛展开紧张刺激的寻宝之旅。

一辆来自澳洲的淘气小赛车艾斯，参加世界巡回比赛时路过了多多岛。从未离开过多多岛的小火车托马斯听到艾斯游历世界的见闻后，也决定展开自己第一次的全球大冒险！他和新的朋友——来自非洲肯尼亚的女性火车妮亚，一起越过沙漠、丛林还有危险的高山，横跨非洲、南美洲、中美洲、北美洲和亚洲等五大洲，体验前所未见的壮丽景色和异国风情，用友谊、智慧与勇气写下了属于自己成长冒险之旅。