Un típic matrimoni americà, que té dos fills, prepara minuciosament unes vacances al parc temàtic de Wally World (Califòrnia), intentant evitar així qualsevol contratemps. Tot i això, només arribar al seu destí es comencen a succeir tota mena de problemes, de manera que les somiades vacances es converteixen en un autèntic malson.
En Charles Driggs és un mediocre home de negocis, un tipus senzill i de vida rutinària, poc aficionat a les aventures, que de sobte coneix la Lulu, una noia esbojarrada, sexy i perillosa que el portarà de cap mentre li roba el cor.
El vigilant jurat Larry Daley (Ben Stiller) es veu obligat a dir adéu a tots els amics quan decideixen fer el Museu de Ciències Naturals més "interactiu" i substitueixen totes les figures per hologrames. Els seus amics històrics són empaquetats i enviats als arxius del famós Smithsonian, a Washington, DC, el museu més gran del món. No han passat ni 24 hores quan Larry rep una trucada de Jedediah, el cowboy en miniatura, i descobreix que la taula d'Ahkmenrah ha estat extraviada i això ha fet que el Smithsonian cobri vida. Per salvar els seus amics, Larry haurà de viatjar a Washington, DC i lluitar contra Kahmunrah, Al Capone, Ivan el Terrible i Napoleó que han planejat un complot per apoderar-se de la taula. Enmig del caos, Larry farà nous amics, com Amelia Earhart o Albert Einstein que us ajudaran a aturar el complot i salvar el museu.
Després d'una sèrie de malentesos, Alvin, Simon i Theodore creuen que Dave se’n va a Nova York a declarar-se a la seva nova xicota, i oblidar-se d'ells. Tenen tres dies per intentar trencar el compromís i salvar-se així de la pèrdua de Dave.
Les pluges torrencials han convertit la localitat de Huntingburg en caos. Totalment submergida sota l'aigua, la ciutat és evacuada pel xèrif. El que aquest no sap, és que no gaire lluny d'allà, una banda d'atracadors està planejant assaltar el furgó blindat que transporta la totalitat dels fons locals i que també ha quedat atrapat per les aigües. A partir d'aquell moment es desenvolupa una caça humana, en què estan implicats els atracadors, els conductors del furgó i una jove, la intenció de la qual és salvar de la catàstrofe la històrica Església del lloc.