ヒューゴの不思議な発明
ヒューゴは学芸員だった父親仕込みの修理の腕前を披露し、それを認めたジョルジュも玩具屋の手伝いをしたら手帳を返してやると告げる。仕事の手伝いを続ける中で、彼はイザベルとも仲良くなり、本の虫で映画も見たことが無いという彼女を連れて、映画館に忍び込んだりする。
機械人形の方はいまやほとんど修理が済んでいたが、人形のぜんまいを巻くためのハート型の鍵が見つからなかった。ところがヒューゴはある日、鉄道公安官に追いかけられるドタバタのあとで、イザベルが身に着けていたペンダントにまさしくハート形の鍵がついているのを発見する。早速、機械人形に鍵を差し込みぜんまいを回してみると...人形はペンを片手にすらすらと絵を描きだした。出来上がった絵には、月にロケットが突っ込んでいる様子が描かれており、それはかつてヒューゴの父が語ってくれた“ある映画”のストーリーそのままであった。そして最後に機械人形は、絵の隅に“ジョルジュ・メリエス”とサインした。するとイザベルが「それ、パパ・ジョルジュの苗字だわ!」
玩具屋の主人ジョルジュの過去、孤児ヒューゴの運命、そして映画にまつわる知られざる歴史が、不思議な機械人形によって導きだされていく。