L'ennesimo tentativo di Scrat per mettere al sicuro la sua preziosa ghianda, questa volta lo porta nello spazio dove, a bordo di un UFO, provoca la collisione tra due pianeti che formano un gigantesco meteorite che minaccia la Terra e i suoi abitanti.
Intanto Manny è alle prese con il nuovo fidanzato di sua figlia Pesca, Julian, e al futuro matrimonio dei due, Diego e Shira, sposati da due anni, progettano di avere dei figli ma la coppia è turbata dal fatto che i bambini sono spaventati da loro, data la loro natura carnivora, mentre Sid, dopo essere stato lasciato dalla sua fidanzata, è alla ricerca di una nuova compagna.
Tuttavia, l'imminente catastrofe provoca una tempesta di meteoriti: gli amici devono abbandonare la loro casa e intraprendere un lungo viaggio per salvarsi. Sul loro cammino, Manny e gli altri ritrovano il loro vecchio amico Buck, scappato dal mondo dei dinosauri, che li aiuta nel loro viaggio. Scoprono nuovi luoghi meravigliosi ed esotici, ed incontrano nuovi animali che si uniscono al gruppo come il leader spirituale Shangri Llama (un Aepycamelus), l'impavido coniglio Teddy e Brooke, una femmina di bradipo che si innamora di Sid.
Tuttavia, un ostacolo è rappresentato da Gavin, un feroce Dromaeosauro con i suoi figli Gertie e Roger che vorrebbe invece che il meteorite si schiantasse, in modo da favorire l'estinzione dei mammiferi così che i dinosauri possano tornare a regnare sulla Terra.
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