《太空熊猫总动员》讲述了熊猫星球百年庆典期间发生的一场危机。正当熊猫们沉浸在节日的喜悦中时，邪恶的鼠司令突然发动袭击，将整个星球上的熊猫都变成了小丑。太空熊猫（易小寅 饰）与伙伴们幸运逃脱，随后躲进熊猫星球地下的秘密基地。
为了拯救族人、恢复熊猫星球的平静，太空熊猫踏上了寻找失传已久秘密神器的旅程。然而，鼠司令也在四处搜寻这件神器，企图借助它的力量夺取统一宇宙的至高权力。围绕神器展开的争夺就此开始，面对鼠司令层出不穷的阴谋诡计，正直勇敢的太空熊猫能否化险为夷？在时间不断流逝之际，他最终能否完成复国使命，拯救熊猫一族？
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