久未聯絡的強爸突然拜訪狗熊嶺，打破光頭強原本平靜的生活。向來嚴厲的強爸一反常態，對光頭強噓寒問暖，但關係未能緩和，反而導致父子矛盾的關係爆發。在爭吵中，光頭強無意間觸碰到神秘機器，使熊大、熊二和自己被瞬間縮小！能使身體復原的機器也被不知情的強爸帶走。他們踏上了尋找強爸與機器的探險旅程，變小的身體、處處受限的能力和充滿阻礙的陌生世界，讓冒險的路途荊棘叢生。此時，一個舉止怪異的女生物學家突然出現，打破了森林和小鎮的寧靜……