Uusia pilvenpiirtäjiä nousee kaupungin ylle päivittäin, ja kuilu rikkaiden ja köyhien välillä syvenee. Vuoden 1911 New Yorkissa ajat muuttuvat nopeammin kuin sydän ehtii käsittää. Yksinäinen Coralie-tyttö kasvaa isänsä tiukassa valvonnassa Ihmeellisten asioiden museossa Coney Islandilla. Museon vetonauloja ovat muun muassa Perhostyttö, Susimies ja satavuotias kilpikonna. Coralie ui merenneidoksi naamioituneena omassa tankissaan ja kaipaa vapauteen, pois isänsä ankaran katseen alta.

Äärijuutalaisen yhteisönsä jättänyt valokuvaaja Eddie Cohen näkee linssinsä läpi New Yorkin valtavan kasvun mutta myös sen ongelmat: naisten ja lasten kaltoin kohtelun, työläisten surkeat olot, kaupungin pimeimmätkin kujat. Kun Coralien ja Eddien tiet kohtaavat keväällä 1911, kaaoksen keskellä syntyy toivo oman paikan, ja perheen, löytymisestä.

Taianomainen Ihmeellisten asioiden museo on romaani rakkaudesta, ihmisyydestä, kummajaisista ja etenkin New Yorkista ja sen monista kasvoista.