Un an après avoir perdu son père dans l'effondrement des tours du World Trade Center, le jeune Oskar Schell refuse d'accepter ce deuil impossible à comprendre. En fouillant les affaires de son père disparu, il découvre une mystérieuse clé glissée dans une enveloppe portant un seul mot : Black. Convaincu qu'elle renferme un dernier message que son père voulait lui transmettre, il part à travers les cinq arrondissements de New York à la rencontre de tous les habitants portant ce nom. Ce périple initiatique, semé de rencontres inattendues, va l'aider à apprivoiser sa peine et à se rapprocher enfin de sa mère, restée silencieuse dans son propre chagrin.