繁华到都市一隅，居住着一户普通三口之家。大头儿子（刘纯燕 配音）、小头爸爸（董浩 配音）和围裙妈妈（鞠萍 配音）。大头儿子天真烂漫，调皮可爱，正上幼儿园的他时刻希望像宇航员那样一飞冲天，遨游宇宙。不过他的梦想却不被父母所理解，爸爸满嘴敷衍，让他去太空打怪兽。妈妈则奇怪他为什么想跑那么远，是不是不喜欢妈妈做的饭。大头儿子暗暗定下秘密计划，一定要成为出色的宇航员。当然爸爸妈妈也有各自的秘密。身为工程师的小头爸爸正和网友筹钱，准备为山区的孩子修建一座桥。围裙妈妈看似忙于家务，却也有着所谓的“彩虹计划”。 有爱的一家人，各自并且共同朝着心中的梦想而努力……

大头儿子（刘纯燕 配音）尽管聪明懂事，却到底只是个孩子，无法克制内心里爱玩的冲动，耽误了学业，将这一切看在眼里的围裙妈妈（鞠萍 配音）十分焦急，不知该如何是好。某日，小头爸爸（董浩 配音）在偶然之中遇见了一位名叫王博士（林永健 配音）的神秘人物，王博士发起了名为“一日成才”的行动，声称能在极短的时间内制造天才。 望子成龙的围裙妈妈决定将大头儿子送到王博士处进行“改造”，而事情的结果也令她感到十分满意，然而，随着时间的推移，大头儿子身上开始慢慢浮现种种弊端，与此同时，王博士一手策划的阴谋亦渐渐浮出了水面。

小头爸爸带全家去俄罗斯出差，大头儿子在俄罗斯发现了自己画的白夜城是真实存在的，一家人半路遇到交通事故，被迫夜宿小旅馆，第二天醒来发现身处大头儿子画中的世界——白夜城。他们发现如果不解决白夜城中的危机便无法走出这个世界，一家人在白夜城中经历了重重困难终于回到了现实世界。

当孩子的想象力遇上人工智能，会碰撞出什么神奇火花？一个夜晚，因一整天的不顺利而伤心沮丧的大头儿子，无意间触发了小头爸爸正在编写的智能程序，意外地被带入了一个神秘的虚拟世界，那里边竟然住着一个“完美爸爸”！俩人一起穿越云朵、创建城市、住进太空舱，一起畅游糖果海、神奇乐园，大头儿子的所有心愿都被“完美爸爸”一一满足。然而，“完美”的表面背后，实则暗藏危机……

拥有航天梦想的大头儿子，通过一次偶然的机会与一位特别的“外星朋友”相识。大头儿子与棉花糖妹妹组队参与小小航天员计划，共同挑战四个关卡的航天任务，他们能否在比赛中获胜？“外星朋友”在关键时刻究竟是如何让落后的大头儿子队伍重拾信心？担任领航员的小头爸爸又将如何鼓励大头儿子与朋友们共同完成艰巨任务？而始终未被公开的“外星朋友”，到底来自何方？