班里兴起脑筋急转弯热潮，儿子小有的对手小凯成了“答题王者”，还在他面前炫耀。不服气的小有与之PK惨败，立下誓言要堂堂正正击败对方。回家后，他拉着幽默的爸爸开启一周“脑洞特训营”，吃饭、睡觉、写作业甚至上厕所前都要答题，在爸爸奇思妙想的指导下，小有脑洞大开、思维跳脱，最终逆袭击败小凯。可胜利喜悦未消，小有发现一封带狗爪印的挑战书。这时，家里的流浪狗旺财竟开口说话——它是脑洞星球王子，因厌倦王室规矩来地球游历。如今脑洞星球被邪恶博美犬天美占领，她带手下潜入地球捣乱，还向小有发起脑洞挑战，扬言答不对就破坏城市。小有虽多次答对，天美却不守承诺继续捣乱。于是小有、爸爸和旺财组成“脑洞联盟”，一边破解谜题，一边追踪天美一伙，小有也在过程中学会了坚持、团结与正义。最终天美带残部逃回脑洞星球，小有一行人乘胜追击，通过神秘通道前往脑洞星球，开启更刺激的星际脑洞争霸冒险。