Spinta dal ricordo della madre, l'intraprendente Fei Fei vuole dimostrare l'esistenza della leggendaria dea della Luna e costruisce un razzo che la porterà sul satellite.
A una ragazza di nome Fei Fei viene raccontata la leggenda della dea della Luna Chang'e che ha preso una pozione per l'immortalità, facendola diventare una dea e salire sulla Luna senza il suo amante Houyi, e lì lo aspetta. Per prepararsi all'annuale Festa della Luna, Fei Fei e la sua famiglia preparano le torte lunari per il villaggio. Tuttavia, la madre di Fei Fei si ammala e prima di morire regala alla figlia un coniglio bianco di nome Bungee.
Fei Fei, che crede ancora in Chang'e quattro anni dopo, è sconvolta quando viene a sapere che suo padre si è fidanzato con la signora Zhong ed è infastidita da suo figlio Chin. La famiglia di Fei Fei si unisce a loro per festeggiare la Festa della Luna e lei si ricorda di sua madre. Ispirata da una gru e dalla leggenda di Chang'e, decide di costruire un razzo per la Luna per dimostrare che Chang'e è reale. Progetta un razzo che assomiglia a una lanterna di carta cinese a forma di coniglio e utilizza i fuochi d'artificio per aumentare la velocità. Il suo razzo ha quasi successo fino a quando non si accorge che Chin è salito a bordo del suo razzo e iniziano a precipitare sulla Terra. Improvvisamente, il razzo viene catturato da un fascio di energia mistica e portato sulla Luna. Si schiantano a terra dopo essere stati "attaccati" da due simpatici foo dog, che li salvano e li portano a Lunaria.
Vengono presentati Chang'e e le sue ballerine di supporto, le Lunettes. Chang'e dice a Fei Fei che avrebbe dovuto consegnare un regalo a Chang'e per riportare indietro Houyi. Fei Fei scatta una foto con Chang'e per dimostrare che è reale, ma Chang'e prende la foto da Fei Fei e pretende il regalo. Fei Fei non sa di cosa stia parlando e una frustrata Chang'e annuncia una gara per trovare il suo regalo prima che cada l'ultima polvere di luna. Fei Fei si arrabbia con Chin e lo lascia, facendosi accompagnare dalle Biker Chicks sul luogo dell'incidente. Chin vede alcune Lunette con la foto e viene catturato da Chang'e che chiede di sapere dove si trova il regalo. Chang'e sfida Chin a una partita di ping pong che Chin vince, sconvolgendo ulteriormente Chang'e. Chang'e piange disperata perché non rivedrà mai più Houyi. Mentre Chin è intrappolato in una camera da Chang'e, Bungee segue il Coniglio di Giada nel suo posto di lavoro. Nel frattempo, Fei Fei e le Biker Chicks si dirigono verso il sito di schianto del suo razzo, dove la prima incontra un Lunariano esiliato di nome Gobi. La ragazza scopre la sua bambola di Chang'e, che sospetta essere il regalo, ma le Biker Chicks la rubano e lasciano Fei Fei e Gobi indietro.
Fei Fei e Gobi si dirigono a Lunaria sul dorso di rospi giganti, dove Gobi rivela che Chang'e lo ha esiliato a causa di una canzone che parlava di andare avanti. Fei Fei e Gobi raggiungono le Biker Chicks, ma durante la colluttazione la bambola viene distrutta. Tuttavia, Fei Fei scopre in uno dei suoi mooncake la metà rotta di un cerchio di giada aperto e capisce che si tratta del regalo di Chang'e. Tornano al palazzo di Lunaria, si riuniscono a Chin e Bungee e presentano il regalo a Chang'e, che crea un cerchio di giada completo. Chang'e e Houyi si riuniscono brevemente, ma Houyi dice a Chang'e di andare avanti prima di svanire. Rifiutandosi di accettarlo, Chang'e cade in uno stato di depressione che provoca lo spegnimento di tutta la luce di Lunaria.
Fei Fei cerca di raggiungere Chang'e, ma nel momento in cui entra nello stato di tristezza di Chang'e, anche lei si deprime a causa di una visione di sua madre. Rendendosi conto che entrambe devono superare le loro tragedie, Chang'e e Fei Fei si incoraggiano a vicenda a trovare l'amore intorno a loro. Questo permette ai due di accettare la morte dei loro cari, restituendo la luce a Lunaria.
Chang'e ringrazia Fei Fei e permette a lei e a Chin di tornare a casa - escludendo Bungee, che rimane sulla Luna con Coniglio di Giada - e revoca l'esilio di Gobi. Fei Fei e Chin si congedano dai Lunari e tornano a casa, dove Fei Fei accetta il matrimonio di suo padre e della signora Zhong e Chin come suo fratello. Circa un anno dopo, Fei Fei vive felicemente con la sua nuova famiglia e continua a guardare la Luna, osservando le gru che volano verso di essa nella notte.