皮博迪（泰·布利爾 Ty Burrell 配音）是一條與衆不同的小狗，它擁有絕倫無比的高智商，因此註定擁有迥異於同類的「狗生」。它持有哈佛學位，成功開發了新能源，圓滿解決地緣政治，還創立了屬於自己的公司。皮博迪偶然機緣下收養了和它有著類似經歷的人類小孤兒舍曼（麥克斯·查爾斯 Max Charles 配音），它如同慈父一般悉心教育著他的兒子，並利用自己開發的時光機帶舍曼回到未來每一個重要時刻，親身經曆書本上枯燥的歷史事件。轉眼舍曼到了上學的年齡，他豐富的歷史知識得到老師表揚，卻也引來高傲的小姑娘佩妮·彼得森（阿芮爾·溫特 Ariel Winter 配音）的嫉妒和欺負。舍曼和佩妮的衝突使皮博迪陷入前所未有的艱難境地，爲了保住對舍曼的撫養權，它想盡辦法取悅佩妮的父母和相關機構負責人。
而就在那個晚上，舍曼和佩妮竟偷偷乘上時光機，進行了一次驚心動魄的時空大冒險……