O professor Bomba (Jason Sudeikis) dedicou boa parte de sua vida às pesquisas por um povo de tamanho diminuto, que vive na floresta e cujos movimentos são rápidos demais para serem registrados pelo olho humano. Apesar de ter encontrado alguns indícios de que estes seres existem, como armas e selas de pássaros, o professor é alvo de piadas no meio científico. Além disto, a dedicação ao trabalho fez com que seu casamento fosse por água abaixo. Agora, após o falecimento de sua ex-esposa, sua filha Maria Catarina (Amanda Seyfried), ou M.K., como prefere ser chamada, vai morar com ele. A adolescente não gosta nem um pouco de morar perto da floresta e das loucuras do pai e, quando está prestes a ir embora, acaba acidentalmente sendo envolvida no confronto entre os Homens-Folha e os Boggans, os tais seres que seu pai tanto procura. Diminuída de tamanho pela rainha da floresta (Beyoncé Knowles), ela agora precisa ajudar o valente Ronin (Colin Farrell) a levar um valioso botão de flor para Nim Galuu (Steven Tyler).