På julaftonskvällen dyker ett ånglok upp utanför sovrummet till en pojke som tvivlar på tomtens existens. En konduktör erbjuder pojken att följa med på en resa med Polarexpressen till Nordpolen.

Ombord på tåget är många andra barn och de får alla träffa tomten och alla hans nissar i Nordpolstaden. Tomten skänker den tvivlande pojken en bjällra som han förlorar på hemvägen. När han vaknar nästa morgon finns den bland hans presenter.