一座普普通通的小屋里，住着大头儿子、小头爸爸和围裙妈妈。在他们普普通通的生活中，总是响起充满欢乐的笑声。最温暖的家又成了他们每个人的爱的源泉。

金秋首选中国航空航天动画大电影！大头儿子与你一起向欢乐宇宙进发！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？

大头儿子和小昂都想做牛年的吉祥物，他俩想参加彩排活动，可惜遭到了他们老爸的拒绝。大头儿子向朋友们炫耀称小昂就是牛年吉祥物，大头儿子一直吹牛，在一边的小昂突然膨胀起来，还带着大头儿子一起飞了起来，大头儿子和小昂展开了神奇的探险之旅。

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。