Нашедший маму Лунтик счастливо живет на Луне, но задается вопросом о своем отце. Узнав, что папа пропал на таинственной обратной стороне Луны, главный герой вместе с кузнечиком Кузей строит космический аппарат и отправляется на его поиски.
За космическими путешественниками тайно увязываются неразлучные гусеницы Вупсень и Пупсень, которые регулярно путают планы и добавляют суматохи в экспедицию.
Зрителям впервые детально покажут флору и фауну лунного мира. В сюжете появится отец Лунтика , а также новые персонажи – Плывун, Прилипалы и Мотыль.