Em 1964, durante o auge da influência dos Beatles nos Estados Unidos, um grupo de jovens músicos de uma pequena cidade da Pensilvânia forma uma banda chamada The Oneders, que mais tarde passa a se chamar The Wonders. Quando o baterista original quebra o braço às vésperas de uma apresentação, Guy Patterson é convidado de última hora para substituí-lo. Durante o show, Guy imprime um ritmo mais acelerado à música composta pelo vocalista Jimmy Mattingly, transformando uma simples balada em uma canção contagiante. A mudança inesperada faz com que a música se torne um sucesso local e, pouco tempo depois, um fenômeno nacional. Conforme a fama cresce rapidamente, os integrantes passam a experimentar os altos e baixos da indústria musical, enfrentando pressões, conflitos pessoais e os desafios de manter uma banda unida diante do sucesso repentino. 

Uma curiosidade interessante é que este foi o primeiro longa-metragem dirigido e roteirizado por Tom Hanks. A música principal, "That Thing You Do!", foi criada especialmente para o filme e fez tanto sucesso que acabou recebendo indicação ao Oscar de Melhor Canção Original. Muitos espectadores acreditam até hoje que a banda The Wonders realmente existiu nos anos 1960, tamanho o realismo com que a trajetória do grupo foi retratada.