L'inventeur Flint Lockwood est parvenu à neutraliser son appareil révolutionnaire capable de transformer l'eau en nourriture. Mais sa petite île de Swallow Falls, ravagée par des tornades de spaghettis et autres pluies de hamburgers géants, est devenue inhabitable. Six mois après la catastrophe, Flint est rappelé par l'inventeur et entrepreneur de génie Chester V, son idole d'enfance, qui a pris la direction des travaux de nettoyage. Celui-ci lui confie une périlleuse mission: retrouver sous les décombres son fameux appareil, qui produit maintenant des aliments géants animés d'une vie propre, et le reprogrammer au moyen d'une clé usb spéciale afin de prévenir un nouveau désastre. Mais lorsque le jeune inventeur rapplique en compagnie de son père et de son équipe, l'humeur de Chester V s'assombrit. Le puissant et retors homme d'affaires avait en effet spécifié à Flint qu'il devait exécuter sa mission seul...