顾绵绵本是年过半载的数学家,却在大赛夺冠时晕倒,重生到了80年代同名同姓的小女孩身上。哥哥顾景正要去国际奥数比赛的选拔,顾绵绵跟着他进入赛场,运用自己上世的数学知识打脸村长和村长的儿子,并揭露他们作弊行为,让自己成功通过选拔,跻身市里比赛。沃尔特(Peter Linz 配音)和盖瑞(杰森·席格尔 Jason Segel 饰)是一对情深意笃的兄弟,所不同的是沃尔特是一个永远不会长高的布偶,而盖瑞则是正常的人类。岁月流逝,盖瑞渐渐长大,拥有自己的工作和爱情,沃尔特则始终保持孩童般的心,他最爱看的就是电视上播放 的布偶秀,即使这个节目已经停播多年,但他还是布偶秀的忠实粉丝。某天,盖瑞和女友玛丽(艾米·亚当斯 Amy Adams 饰)、沃尔特前往洛杉矶旅行,顺便参观布偶秀的剧院。沃尔特意外得知,某黑心上人要收购这里的土地挖掘石油。为了保护心中的圣地,他必须找到散落在各个角落的布偶家族成员……。