En El niño de Marte, David Gordon (John Cusack), un escritor de ciencia ficción que ha enviudado recientemente está considerando adoptar a Dennis (Bobby Coleman), un pequeño niño huérfano que dice ser de Marte. Ignorando los sabios consejos sobre la paternidad que le da su hermana Liz (Joan Cusack) y los escrúpulos de Sophie (Sophie Okonedo), la Directora del hogar para niños, David decide que quiere ser el padre de esta extraña criatura que insiste ser un extraterrestre. Aún con el apoyo de su amiga Harlee (Amanda Peet), por quien David se siente particularmente atraído, el aspirante a padre se ve rápidamente agobiado.

Para empezar, David está a punto de no poder cumplir con el próximo plazo de entrega que tiene y esto preocupa mucho a su ya nervioso agente Jeff (Oliver Platt). Y luego está el trabajador social Lefkowitz (Richard Schiff), y la junta que revisa las solicitudes que tiene serias dudas acerca de las aptitudes de David como padre.

En medio de todo esto, el joven Dennis tiene una conducta bastante extraña e insiste seriamente que él proviene del planeta rojo. Una serie de situaciones inexplicables llevan a pensar a David si de verdad lo que afirma el niño es realmente una fantasía. Sin embargo, sea cual sea el origen real de este increíble pequeño, David se siente cada vez más apegado a él y experimenta el poder transformador del amor parental.