Der amerikanische Astronaut Captain Charles "Chuck"? Baker denkt, er wäre der erste Mensch, der einen Fuß auf den Planeten 51 setzt. Zu seiner Überraschung muss er feststellen, dass der Planet von kleinen grünen Männchen bewohnt wird, die ein glückliches Leben mit Barbecue-Partys und weißen Lattenzäunen führen, das an das fröhliche und unschuldige Amerika der 1950er erinnert. Ihre einzige Angst ist, dass sie von außerirdischen Eindringlingen überfallen werden - Eindringlingen wie Chuck! Mit der Hilfe seines Roboterkameraden "Rover"? und seinem neuen Freund Lem, muss sich Chuck seinen Weg durch die schillernde und verwirrende Landschaft von Planet 51 bahnen, um dem Schicksal zu entkommen, ein Ausstellungsobjekt im "Weltall-Museum der außerirdischen Eindringlinge"? auf Planet 51 zu werden.

Die drei "Ice Age"-Helden Diego, Sid und Manni haben die grosse Schmelze aus dem zweiten Teil überstanden. Ellie und Manni, die beiden Mammuts, erwarten Nachwuchs und Sid hegt ebenfalls den Gedanken, die Familiengründung so langsam zu beginnen. Dass er sich dazu die Eier eines T-Rex Weibchens zu eigen macht, stösst bei dieser nicht gerade auf Wohlwollen. Kurzum wird Sid verschleppt und findet sich einer schier ausweglosen Situation in einer grossen Dinosaurier-Welt wieder. Nun sind seine Freunde gefragt, denn nur sie können das Faultier befreien.

Das Mammut Manny und seine Freunde Sid und Diego sehen sich mit neuen Problemen konfrontiert. Nachdem sie es sich inmitten des Eises gemütlich gemacht haben, stellen sie fest, dass das Eis hinter einer grossen Eiswand zu schmelzen beginnt. Es gilt also für alle Tiere eine neue Bleibe zu finden, wollen nicht alle in einer riesigen Flutwelle umkommen. Am anderen Ende des Tals liegt ein Boot, das man zu erreichen versucht. Die Reise dorthin erweist sich für alle jedoch alles andere als leicht.