托马斯、米诺一行人被带到一座神秘的庇护所，这个机构由表里不一的詹森所管理，詹森为他们提供安稳且舒适的环境，并下令让幽地斗士们在医疗实验室中接受一连串的测试，詹森向托马斯保证将会把他们送到更加安全的保护区与其他对“闪焰症病毒”免疫的年轻人一同居住。察觉事有蹊跷的托马斯决定再次带领他的伙伴们逃出詹森的掌控，然而等待他们的，却是比迷宫更加危险的焦土。影片改编自詹姆斯·达什纳撰写的同名反乌托邦科幻小说三部曲的第二部。

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。

这个系列是对备受人们喜爱的《托马斯和他的朋友们》品牌进行的重塑，加入了更多轻松、欢乐的元素和挤压伸展动画效果。除了新的形象、感觉，以及朗朗上口的歌曲之外，托马斯和他的朋友们依旧是一群关系亲密、喜欢冒险的孩子，它们将在日常的运送工作中一起玩耍、探索、克服各种挑战。托马斯是这个团队的中心，而它的朋友们包括培西、妮娅、卡莱尔、达斯蒂，甚至还有使用著名的“哔哔”声帮助托马斯回到轨道上的狄塞尔。