Numa confortável casa de classe média, Stuart Pearson e sua esposa, Nina, têm uma família formada pela adorável Hannah, de sete anos; Tom, de 15, um aficionado por tecnologia cujas notas foram lá para baixo; e a irmã mais velha Bethany, que acaba de voltar de um encontro secreto com o namorado Ricky Dillman.
O casal decide que todos os membros da família precisam passar um tempo de qualidade juntos, então Stuart leva o clã para uma casa de férias de três andares no meio do nada. Junto com eles vão o tio Nate, o filho dele, Jake, a querida vovó Rose e os gêmeos idênticos de 12 anos, Art e Lee. E o namorado de Bethany, Ricky, faz uma visita de surpresa.
Quando começa a anoitecer, nuvens escuras cercam a casa. De repente, quatro objetos reluzentes atingem o telhado. A equipe de extraterrestres dentro desses objetos é composta por: Skip, o comandante sádico; Razor, uma soldado letal; Spike, esquentado e mal-humorado; e Sparks, que tem vários braços e é fissurado em tecnologia. Dos quatro invasores, Sparks é o único que não representa uma ameaça.
Os invasores, que dizem ser zirkonianos, passam a controlar a mente de Ricky, graças a um dispositivo que implantam na cabeça dele. Através de Ricky, os zirkonianos pretendem dominar nosso planeta. Como se fosse uma marionete, Ricky avança para cima dos meninos, mas Tom e Jake conseguem fugir.
Não demora muito até que os cinco garotos descubram o que os estranhos invasores estão aprontando. Tom assume a liderança. Os alienígenas bloqueiam todos os equipamentos eletrônicos, mas os meninos encontram um telefone antigo e conseguem se comunicar com o xerife Armstrong - que acha que eles estão apenas passando um trote e desliga.
Os meninos percebem que o dispositivo de controle da mente só funciona em adultos, e que então eles têm a possibilidade de combater os zirkonianos - e a incrível responsabilidade de manter a existência dos extraterrestres em segredo. Tendo de se virar sozinhos, os jovens guerreiros improvisam armas, como canos engenhosamente transformados em lançadores de batata. Eles até aprendem a usar o controlador da mente. O primeiro objetivo é assumir o controle de Ricky - e transformá-lo num verdadeiro idiota (o que deixa Bethany bem preocupada).
Os adultos não têm ideia do que está se passando, e acham que as crianças estão apenas... Bem, sendo crianças. Isso até que os alienígenas implantam o dispositivo de controle da mente na vovó Rose, o que dá a ela poderes sobre-humanos. Acontece que, em vez de ser controlada pelos zirkonianos, vovó Rose vai resgatar seus netos.
No meio disso tudo, Hannah inicia uma amizade enternecedora com Sparks, o invasor amigável. Ao contrário dos demais, Sparks não quer briga; ele deseja apenas voltar para casa e reencontrar sua família.
A batalha continua, tal como as gargalhadas e aventuras. Mas as crianças mostram-se à altura do desafio, e descobrem novas forças e auto-suficiência. E fica claro que os invasores, na verdade, nunca tiveram a menor chance...
- Pequenos Invasores teve um orçamento de US$ 45 milhões.
- O filme conta com Ashley Tisdale, a Sharpay Evans da série High School Musical.