超班宝宝讲述了心童（赵廷恩饰）与父亲天际（林家栋饰）的故事。心童自幼缺少母亲的照顾，由天际一手带大。父女俩表面上相依为命、关系亲密，实际上却一直缺乏真正的沟通。
一天，心童偶然遇到从实验室逃出来的思哲（原岛大地饰）。思哲从小食用基因改造食品“超级宝宝”长大，智商远超同龄儿童。然而，这种食品虽然能够提升儿童智力，却也可能引发燥狂症，思哲同样无法幸免。
与此同时，“超级宝宝”的总裁Chole（田蕊妮饰）一心要将思哲找回，却没想到心童和思哲偷偷潜入了“超级宝宝”总部，并发现了她不可告人的阴谋。原来，Chole明知基因改造食品会对儿童产生副作用，为了牟利仍选择置之不理。心童将真相告诉天际后，父女二人决定展开调查，阻止更多儿童受到伤害。
在共同追查真相的过程中，三人逐渐互相扶持。思哲被心童父女的关爱打动，性格也慢慢变得主动起来；而他的出现，也促使心童和天际敞开心扉，重新审视彼此之间的关系。
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