《天才眼镜狗》讲述了天才小狗皮博迪（泰·布利尔 Ty Burrell 配音）的非凡人生。它拥有远超常人的智商，不仅取得了哈佛学位，还成功开发新能源、化解地缘政治难题，并创办了属于自己的公司。一次偶然的机会，皮博迪收养了同样身世特殊的人类孤儿舍曼（麦克斯·查尔斯 Max Charles 配音），像慈父一样照顾和教育这个孩子。为了让舍曼亲身理解历史，皮博迪带他乘坐自己发明的时光机，穿梭于一个又一个重要历史时刻，将书本中枯燥的事件变成真实而生动的经历。
到了上学的年纪，舍曼凭借丰富的历史知识受到老师表扬，却因此遭到骄傲的小姑娘佩妮·彼得森（阿芮尔·温特 Ariel Winter 配音）的嫉妒和欺负。两个孩子之间的冲突，让皮博迪陷入了前所未有的困境。为了保住舍曼的抚养权，它不得不想方设法讨好佩妮的父母以及相关机构负责人。然而就在当晚，舍曼和佩妮竟偷偷登上时光机，展开了一场惊心动魄的时空大冒险。
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