Matilda, douze ans, adore les sciences. Ses héros sont Léonard de Vinci et Marie Curie, et elle passe son temps à imaginer et fabriquer des inventions de toutes sortes. Quand elle perd à un concours de sciences, elle est donc furieuse, d'autant qu'elle a perdu parce qu'elle... est une fille ! Et ce qu'elle apprend bientôt sur sa grand-mère ne va pas la calmer : cette dernière, une ancienne astrophysicienne, a autrefois découvert une planète, que s'est appropriée un odieux personnage, le professeur Smocks... Pour Matilda, il est hors de question de laisser Smocks s'en tirer et gagner un prix Nobel ! Elle embarque donc sa grand-mère en bateau, en montgolfière et en cachette de ses parents dans un voyage loufoque et épique jusqu'en Suède !