Pequeños invasores sigue las andanzas de los Pearson, una familia que llega a una casa para pasar unas merecidas vacaciones de verano. Los Pearson son Stuart (Kevin Nealon) y su mujer Nina (Gillian Vigman), la pequeña Hannah (Ashley Boettcher) de siete años, Tom (Carter Jenkins), de 15 años y fanático de la tecnología, y la hermana mayor Bethany (Ashley Tisdale), que sale en secreto con el joven Ricky Dillman (Robert Hoffman). Sin embargo, su periodo de descanso se verá alterado por Sparks, Skip, Spike y Razor, cuatro alienígenas que llegaron antes que ellos. Será entonces cuando los miembros del clan unirán fuerzas con un único propósito: echar a los pequeños y belicosos intrusos que viven en su ático.

Sandra Bullock interpreta a Mary Horowitz, una excéntrica mujer que, convencida de que un cámara de televisión llamado Steve (Bradley Cooper) es su amor verdadero, le seguirá por todos los Estados Unidos tratando de convencerle de que ambos se pertenecen el uno al otro.