Un ingénieur un peu fêlé essaye de trouver la solution miracle qui pourra mettre un terme à la faim dans le monde. Mais son invention provoque une catastrophe.
Inventeur d’une machine capable de transformer l’eau en nourriture, Flint Lockwood avait été obligé de la détruire. Pourtant, la machine n’a pas disparu, et elle crée maintenant des croisements entre animaux et aliments, les « miam-nimaux » !
Gru, Lucy et les filles accueillent le petit dernier de la famille, Gru Junior, qui semble n'avoir qu'une passion : faire tourner son père en bourrique. Gru est confronté à un nouvel ennemi, Maxime Le Mal qui, avec l'aide de sa petite amie, la fatale Valentina, va obliger toute la famille à fuir...