夏休み恒例の自由研究発表会＝科学フェアで優勝を狙うウェンズデー（声：クロエ・グレース・モレッツ）は、フェスターおじさん（声：ニック・クロール）にペットのタコ“ソクラテス”の特性を移植する実験を披露する。ところが、順位をつけず全員入賞という結果に終わり、ウェンズデーはがっかり。そんななか、主催者のストレンジ博士から共同研究を持ちかけられるが、ウェンズデーは「家族の秘密だから」と断わるのだった……。思春期を迎え、家族の食卓に顔を見せないウェンズデーのために、ある日、父・ゴメズ（声：オスカー・アイザック）はキャンピングカーでの旅行に家族を連れ出す。ドタバタ騒動を巻き起こしながら、ナイアガラの滝、マイアミビーチ、グランドキャニオンなど、観光名所をめぐる旅は続く。だが、そんなアダムス家のゴシック調キャンピングカーを怪しい男たちが追いかけてくる……。