러시아에서 비행기를 타고 미국의 백악관에 한마리 강아지가 선물로 보내진다. 한쪽 눈에 얼룩이 있는 귀여운 강아지 '푸쇽'은 새로운 나라에서 처음 만난 동물 친구들한테 엄마에 대한 이야기를 들려준다. 그것은 놀랍게도 우주를 비행하고 돌아온 '스페이스 독'에 대한 이야기였다. '푸쇽'의 엄마 '벨카'는 서커스단의 스타로서 한참 인기를 누리던 중 로켓을 타는 공연 도중 사고가 발생하여 낯선 곳으로 날아가 버린다. 처음 보는 거리에 불시착한 '벨카'는 거리에서 새로운 친구들, 떠돌이 강아지 '스트렐카'와 말 많은 생쥐 '레니'를 만난다. 길거리에서 먹을 것을 구하던 셋은 그만 험악하게 생긴 사람들한테 잡혀 더 낯설고 먼 곳으로 보내진다. 이들이 도착한 곳에는 그들과 마찬가지로 길거리에서 잡혀온 수많은 강아지와 생쥐들, 그리고 여러 동물들이 있었다. 이곳은 바로 우주선을 타기 위해 훈련을 받는 곳이었다. 최고의 강아지 둘과 생쥐들을 선발하여 '스푸트니크 5호'에 탑승하게 되고, '벨카'와 '스트렐카' 그리고 '레니'는 피나는 훈련 끝에 우주선에 탑승할 주인공 선발된다. 이들은 과연 무사히 임무를 수행할 수 있을까? 긴장되는 순간 인류의 역사를 바꿀 위대한 우주 비행이 시작된다.