Edinburgh, 1874. Jack syntyy maailman kylmimpänä yönä, sydän jäässä. Hänet auttaa maailmaan langenneiden naisten, orpojen ja muiden hylkiöiden suojelija, noitatohtori Madeleine, joka pelastaa vastasyntyneen asentamalla tämän rintaan tahdistimeksi käkikellon.

Äitinsä hylkäämä Jack jää asumaan Madeleinen orpokotiin, eikä kukaan halua adoptoida tikittävää ja kukkuvaa kummajaista. Madeleine varoittaa Jackia yhä uudestaan: pojan sydän on aivan liian heikko kestämään vahvoja tunteita, hän ei saa tuntea vihaa eikä etenkään rakastua. Mutta 10-vuotiaana Jack kuulee ikäisensä, puolisokean Miss Acacian esiintyvän, laulaa tämän kanssa dueton ja rakastuu toivottomasti.

Vuosikausia Jackin mielen täyttää vain tuo hänen ohimennen tapaamansa tyttö, jota hän vartuttuaan lähtee etsimään ensin Pariisista ja sitten tytön kotiseuduilta Andalusiasta. Kumppaniksi matkalleen Jack löytää Mélièsin, lemmenkipeän taikurin. Donquijotemainen retki avaa Jackille niin rakkauden ilot kuin sen raakuuden, ja tunteiden sekamelska sotkee käkikellosydämen hienon mekaniikan.

Sydämen mekaniikka on synkänkaunis, vinksahtanut rakkaustarina, joka huokuu timburtonmaista tunnelmaa, omintakeista huumoria ja runollista taikaa.