Corrine Morgan-Thomas ( Mary-Louise Parker ), una madre soltera, lleva a sus dos hijos de cinco años, Steven y Philip, a la consulta de una médico, la cual le explica que sus dos hijos son autistas. Philip se limita a repetir lo que oye que otros dicen, mientras que Steven es completamente no verbal. Después de salir de la clínica en un estado de ánimo muy molesto, se dirige al supermercado con los niños a hacer la compra. Su visita al supermercado no es agradable, ya que sus dos hijos comienzan a gritar por toda la tienda y Philip se moja, haciendo que otros les miren. Al enterarse de su condición, el novio la deja porque sabe que educar a los gemelos con esa discapacidad será difícil. Entonces Corrine decide mudarse con sus hijos a otra ciudad y los matricula en una escuela pública. Sus compañeros de clase están perplejos por su extraño comportamiento, así como sus maestros. Corrine fue citada por el director y la maestra de los gemelos, creyendo que la madre los maltrataba, pero es entonces cuando les explica que lo que en realidad sucede es que sus hijos son autistas. Éstos al enterarse le insinúan a la madre que no son aptos para la escuela pública, y que será mejor que sean enviados a una escuela especial. La madre no está de acuerdo con dicha proposición y hace todo lo posible para que sus hijos puedan asistir a una clase ordinaria con el resto de niños.Finalmente consigue que el hospital psiquiátrico local envíe un terapeuta de aprendizaje a su casa con el fin de enseñar a los niños las habilidades básicas del lenguaje y prepararlos para la sociedad. Con su ayuda y apoyo, el vocabulario de Philip se expande, y Steven dice su primera palabra, "Pizza". Después de que se hace con la enseñanza de los niños, el psiquiatra se tiene que mudar a otra ciudad para trabajar con otras familias.A lo largo de varios años, los niños prosperan verbal, social y académicamente. Sin embargo, algunas de sus características autistas siguen permaneciendo, como por ejemplo hablar como robots, participar en los hábitos de auto-lesión y sensibilidad con los ruidos fuertes y repentinos.También tienen una obsesión con las películas de Rocky, el cual se convierte en algunas ocasiones en su modelo a seguir. En su primer día en la escuela secundaria, Steven ( Zac Efron ) se enamora de una chica llamada Jennifer ( Alicia Morton ), la cual, durante el almuerzo, decide sentarse con ellos sin importarle el que sean autistas.Además, durante el curso, ambos deciden apuntarse a diversas actividades extraescolares, Steven a la carrera de fondo y Philip a ajedrez, manualidades y otras muchas mas. Llegando a conseguir grandes logros como: Quedar primero en la carrera como hace Steven, o conseguir ser admitido en el conservatorio de música pocas semanas después de empezar a aprender a tocar la guitarra, como hace Philip.Mas adelante, Corrine funda The Miracle Run Fundation para la investigación sobre el autismo. Y Steven da un discurso acerca de cómo su madre le ayudó a su hermano y a él con su autismo, sacándoles adelante, recibiendo una educación inclusiva y alcanzando numerosos objetivos y sobrepasando las expectativas, llegando a matricularse en la universidad.