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L'aspirante scienziato Flint Lockwood vive con il padre vedovo, Tim, e il suo assistente scimmia, Steve, a Swallow Falls, un'isola dell'Oceano Atlantico con un'economia basata sulle sardine. Poiché le sardine sono considerate sgradevoli dal resto del mondo, l'economia dell'isola è in declino, costringendo i suoi cittadini a vivere con una dieta a base di sardine. Un giorno, Flint sviluppa il Flint Lockwood Diatonic Super Mutating Dynamic Food Replicator, un dispositivo che converte l'acqua in cibo, nel tentativo di ampliare la dieta della città, con grande disappunto di Tim che, infastidito dai fallimenti di Flint, vuole che sia lui a gestire l'azienda di famiglia. Il primo tentativo di Flint di collegare il dispositivo alla corrente elettrica di casa sua, lo collega a una sottostazione locale, sovraccaricandola e facendolo schizzare in tutta la città, demolendo Sardine Land, un parco divertimenti a tema sardine destinato a rivitalizzare la città, e scomparendo nel cielo. Questo caos fa guadagnare a Flint la furia della città, insieme a quella di Sam Sparks, un reporter dilettante, e la delusione di Tim.

Poco dopo, i cheeseburger iniziano a cadere dal cielo e Flint si rende conto che la FLDSMDFR sta funzionando con successo nella stratosfera, utilizzando la condensa delle nuvole per creare sistemi meteorologici basati sul cibo e mantenersi a galla. I cittadini di Swallow Falls si rallegrano per le loro nuove scelte alimentari, ribattezzandola Chewandswallow, e diventa una destinazione di "turismo alimentare", rendendo Flint una celebrità internazionale. Flint e Sam si avvicinano dopo che lei rivela di essere stata presa in giro da bambina per i suoi occhiali e la sua passione per la meteorologia. Tuttavia, Flint nota che il cibo del FLDSMDFR ha iniziato a diventare gradualmente più grande, a causa della mutazione delle creazioni del FLDSMDFR nell'atmosfera, sovraccaricata dalle enormi quantità di vapore acqueo. Cerca di avvertire il sindaco della città del malfunzionamento del FLDSMDFR, ma il sindaco è troppo preoccupato del profitto e lo ignora.

Dopo che un tornado fatto di spaghetti minaccia la città, Flint tenta di spegnere il FLDSMDFR, solo che il sindaco distrugge inavvertitamente la console mentre cerca di fermarlo, facendo sì che la macchina diventi un'anomalia e generi un'enorme tempesta. Flint crea una chiavetta USB progettata per spegnere il FLDSMDFR e utilizza la sua auto volante riadattata per raggiungerlo, accompagnato da Steve, Sam, il suo cameraman Manny e l'ex mascotte della città Brent. Una volta raggiunto il FLDSMDFR, scoprono che si è circondato di un gigantesco oggetto simile a una polpetta fatto di cibo per proteggersi. Mentre il gruppo si addentra all'interno, la chiavetta viene distrutta e Flint chiama Tim per chiedergli di inviare il codice della chiavetta al suo cellulare tramite il computer del laboratorio. Quando raggiunge il FLDSMDFR, Flint collega il suo telefono con il codice della chiavetta inviato da Tim, ma scopre che è stato inviato il file sbagliato. Tutto sembra perduto fino a quando Flint non usa la sua formula Spray-On Shoes sulla macchina, facendola esplodere e distruggere la polpetta, ponendo fine alla tempesta. Dopo essere sopravvissuto alla distruzione, Flint si riunisce a Tim, che finalmente mostra di apprezzare le invenzioni del figlio, e a Sam, con cui condivide un bacio.