小女孩玛蒂尔达怀揣着成为世界上最聪明之人的梦想。随着不断学习，她的大脑渐渐装不下所学的知识，这时母亲为她买了一个备用大脑。俗话说两个大脑总好过一个，可玛蒂尔达却犯了难，她不清楚该在何时何地使用哪个大脑。没过多久，她还把第二个大脑弄丢了。我们无从知晓她接下来的命运会怎样，好在一个球意外飞进了玛蒂尔达的房间，这一偶然事件改变了她的人生。