Le film commence par une scène avec des acteurs humains. Une grand-mère et sa petite-fille, accompagnées par leur chien, sont à la recherche d'un mémorial dans Central Park à New York. La grand-mère commence à lui raconter l'histoire de Balto. On bascule alors vers le dessin animé. Balto est un chien-loup (moitié loup, moitié husky) habitant près de la ville de Nome en Alaska. Il est rejeté par les humains et par les chiens de la ville, notamment à cause de son héritage de loup. Il a pour seul ami Boris, un jars russe et deux ours polaires nommés Muk et Luk.
Le professeur Bon Œil fait manger à quatre dinosaures des céréales qui les rendent pacifiques et intelligents. Propulsés au XX siècle, nos amis devront faire face aux méchantes ambitions du professeur Mauvais Œil et de son cirque terrifiant. Avec l'aide de deux enfants, Louis et Cecilia, nos héros auront droit à une grande aventure.
Après avoir émigré aux États-Unis, la famille Souriskewitz vit dans un tout petit appartement de New York. À la suite d'une attaque des chats, ils sont obligés de s'enfuir... C'est alors qu'ils croisent la route d'une étrange souris habillée en cow-boy qui vend des billets de train pour l'Ouest... Intrigués, les Souriskewitz s'embarquent et, au terme du voyage, descendent à Green River où bien d'autres péripéties les attendent.