《新大头儿子和小头爸爸之秘密计划》繁华到都市一隅，居住着一户普通三口之家。大头儿子（刘纯燕配音）、小头爸爸（董浩配音）和围裙妈妈（鞠萍配音）。大头儿子天真灿烂，调皮可爱，正上幼儿园的他时刻希望像宇航员那样一飞冲天，遨游宇宙。不过他的梦想却不被父母所领会，爸爸满嘴敷衍，让他去太空打怪兽。妈妈则奇怪他为什么想跑那么远，是不是不喜欢妈妈做的饭。大头儿子暗暗定下秘密计划，一定要成为出色的宇航员。当然爸爸妈妈也有各自的秘密。身为工程师的小头爸爸正和网友筹钱，准备为山区的孩子建筑一座桥。围裙妈妈看似忙于家务，却也有着所谓的“彩虹计划”。有爱的一家人，各自并且共同朝着心中的梦想而努力……