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3 ans après avoir rétréci ses enfants, Wayne Szalinski, l'inventeur le plus incompris des Etats-Unis, a trouvé un poste dans un laboratoire du Nevada, où il travaille sur un rayon de dilatation des molécules au Nième degré. Alors que son projet lui est retiré, il tente un dernier test, et c'est son bébé de 2 ans, Adam, qui fait les frais du rayon.
Le facétieux professeur Wayne Szalinski a encore transformé sa maison en un vaste laboratoire et sa famille en cobayes. Sa dernière trouvaille: un rayon laser capable de rétrécir les objets. Ses enfants, Amy et Nick ainsi que leurs copains Ron et Russ en font malencontreusement l'expérience. Les voici réduits à la taille du Petit Poucet, confrontés à la jungle du jardin où le moindre brin d'herbe prend des allures de baobab.