로버트 다우니 주니어가 동물과 대화할 수 있는 닥터 두리틀 역할을 맡으며 관객을 설레게 한다. 아내를 잃은 후, 그는 높은 담으로 둘러싸인 영지에 틀어박혔지만 여왕이 중병에 걸리면서 대단한 모험이 펼쳐질 여정에 오른다. 두리틀이 희귀한 치료제를 찾도록 돕는 천방지축 동물 친구들. 폴리네시아(오스카 수상자 엠마 톰슨)라는 고집 센 앵무새를 비롯하여 겁 많고 눈치를 보는 고릴라 치치(오스카 수상자 라미 말렉), 열성적이지만 멍청한 오리 댑댑(오스카 수상자 옥타비아 스펜서) 그리고 냉소적이며 신경질적인 타조 플림턴(쿠마일 난지아니)과 까칠한 북극곰 요시(존 시나)로 구성된 늘 투덕거리는 2인조가 등장한다.