여러 기관차들과 겨룰 수 있는 전시회에 참가하고 싶은 ‘토마스’. 하지만 덩치 큰 기관차들은 전 세계에서 모인 최고들을 이길 만큼 빠르지도 힘세지도 않다며 토마스를 놀린다. 무슨 수를 써서라도 참가하고 싶은 토마스는 꾀를 내어 사장님께 자신을 유선형으로 개조해 줄 것을 제안하지만 개조의 영광은 크고 힘센 고든에게 돌아갔다. 그러자 토마스는 인도에서 온 기관차 ‘이쉬마’의 밝고 멋진 모습에 깊은 감명을 받아 자신도 그렇게 멋지게 꾸미려고 해보는데…

개구쟁이 꼬마 기관차 '토마스'는 지선에서 장난을 치다 그만 사고를 내고 만다. 사장님에게 혼이 난 토마스는 새 지선 공사가 한창인 공사장으로 보내진다. 새로운 공사장에서 일을 하게 된 토마스는 또 한 번의 말썽으로 깊은 구덩이에 빠지게 되는데, 그곳에서 토마스는 거대한 해적선을 발견한다. 그리고 몇일 뒤, 소도어 섬에 숨겨진 보물을 찾고 있다는 수상한 선원 '존'과 작은 보트 '스킵'을 만나게 되는데...

어두운 숲 속은 물론 가파른 절벽까지, 위험에 빠진 사람들이 있는 곳이라면 어디든지 달려가 사람들을 구해주는 최고의 영웅 소방관 샘. 샘 덕분에 평화로운 나날을 보내던 폰티판디 마을에 어느 날 정체불명 불빛이 포착되고, 인기 TV쇼 ‘출동! 외계인 탐험대’의 MC 벅 더글러스가 찾아온다. 들뜬 마을 사람들과 말썽꾸러기 아이들은 외계인 탐험대가 되기 위해 UFO를 찾아 나서고, 급기야 아이들이 있는 숲에 큰 산불이 발생하는데...

가장 사랑받는 기관차가 되고 싶은 장난꾸러기 꼬마 증기기관차 토마스는 화차와 함께 소도어를 떠나 메인랜드로 가는 제임스를 부러워한다. 어느 날 꾀를 낸 장난꾸러기 토마스는 제임스 대신 메인랜드로 가게 되고, 제임스는 소도어에 남아 토마스의 지선을 맡게 된다. 메인랜드로 떠난 토마스는 자신들을 시험용 기관차로 소개한 멀린, 테오, 렉시 등 새로운 친구들도 만나게 되고 앞으로 펼쳐질 신나는 모험을 기대하지만, 길을 잃고 헤매다가 수상쩍은 기관차인 허리케인과 프랭키의 꼬임에 빠져 제철소에서 일을 하게 된다. 제임스 역시, 돌아오지 않는 토마스를 찾아 메인랜드로 떠나게 되고! 토마스와 제임스는 무사히 만나서 함께 다시 소도어로 돌아갈 수 있을까? 위기일발 역대급 어드벤처가 시작된다!