Orphan Train est un jeune adulte / roman de fiction historique sur la relation entre Molly Ayer, dix-sept ans, et Vivian Daly, quatre-vingt-onze ans, qui, en passant du temps ensemble et en partageant leurs expériences, forment un lien, apprennent de chacun autre, et changer de manière significative.
Molly est une enfant adoptive troublée du Maine qui est sur le point de « sortir » du système (c’est-à-dire qu’elle devient trop âgée pour que le système continue de s’adapter). Elle a été placée dans le système après la mort de son père dans un accident de voiture et sa mère s’est tournée vers la drogue. Molly, d’origine indienne Penobscot, vit avec la méchante Dina et le timide Ralph, Dina la gardant autour afin de continuer à recevoir les paiements du gouvernement qu’elle reçoit pour la garde d’accueil. Un jour, Molly vole un livre. En guise de punition, elle est condamnée à effectuer cinquante heures de travaux d’intérêt général. Le petit ami de Molly, Jack, propose un plan pour remplir ces heures : la mère de Jack, Terry, est la femme de ménage de la vieille Vivian, qui vit dans une grande maison isolée et dont le grenier a besoin d’être nettoyé. Voyant la situation comme une opportunité de travaux relativement légers, Molly accepte de nettoyer et d’aménager le grenier.
Alors que l’histoire de la relation de Molly avec Vivian se développe de nos jours, ses événements sont parallèles / repris par l’histoire des expériences de Vivian dans le Minnesota à l’époque de la dépression. Cette histoire commence avec la famille irlandaise de Vivian qui arrive à New York via Ellis Island. Tout en luttant pour joindre les deux bouts, un incendie tue tous les autres membres de la famille, laissant Vivian orpheline. En conséquence, Vivian est envoyée dans un « train orphelin » dans l’espoir que quelque part, elle trouvera une famille pour l’accueillir. Alors qu’elle est dans le train avec plusieurs autres orphelins dans des circonstances similaires, elle rencontre un garçon plus âgé, Dutchy. Ils développent une amitié et promettent de se retrouver à l’avenir. Vivian est finalement placée chez la cruelle Mme Byrne, qui dirige une boutique de vêtements où Vivian fait son chemin en cousant des vêtements. Cette situation prend fin avec le krach boursier de 1929 dans lequel Mme Byrne et son mari perdent leur fortune. Vivian est ensuite placée dans la famille Grote, pauvre, sale et méprisable. Mme Grote est une enfermée qui se lève à peine du lit, et M. Grote est un fainéant. Le temps de Vivian avec les Grotes se termine lorsque M. Grote tente de la violer. Mme Grote blâme Vivian pour l’incident et la jette dans le froid. Sauvée par son professeur, Mlle Larsen, Vivian est placée d’abord avec la gentille Mme Murphy, et enfin avec M. et Mme Nielsen, qui possèdent un magasin général et qui permettent à Vivian d’introduire plusieurs nouvelles innovations.
Plusieurs années plus tard, Vivian a une réunion fortuite avec Dutchy. Peu de temps après qu’ils soient tombés amoureux et se soient mariés, Dutchy est enrôlé dans la Seconde Guerre mondiale où il meurt sur le front du Pacifique. Vivian a le bébé de Dutchy mais est trop dévastée émotionnellement pour s’en occuper, alors elle l’abandonne pour adoption, gardant secrète l’histoire et la honte qui l’accompagne tout au long des décennies suivantes de sa vie. Pendant ce temps, Vivian épouse le meilleur ami de Dutchy de l’armée, Jim Daly, et se construit une vie confortable.
Ce récit se déroule en même temps que l’histoire actuelle se développe, décrivant comment Molly traverse ses propres difficultés, mais développe en même temps une connexion avec Vivian qui lui apporte soutien, refuge et réconfort. Lorsqu’elle est expulsée de son foyer d’accueil par la cruelle Dina, Molly est accueillie par Vivian, qui permet finalement à Molly de l’interviewer dans le cadre de son travail sur un devoir d’histoire américaine pour l’école. Molly présente également Vivian à Internet et l’encourage à rechercher sa fille perdue depuis longtemps. À la fin du roman, Vivian a une rencontre en personne avec cette fille, Sarah Dunnell, aujourd’hui âgée de soixante-neuf ans et musicienne, tout comme Dutchy. Cette rencontre, selon le récit, n’aurait jamais eu lieu si Vivian et Molly, initialement méfiantes envers les autres en général et l’une envers l’autre en particulier, n’avaient pas abandonné leurs défenses et n’avaient pas été vulnérables entre elles et entre elles.