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在成功完成了国际空间站及月面登陆任务后，史努比和花生大家族的孩子们再次回到NASA总部，而富兰克林在那里有了涉及外星生命的重大新发现。

面对疑似来自外太空的电信号，史努比和花生大家族的孩子们拟向卡拉提出太空任务方案，然而新发现的证据迫使他们重新思考如何探索地球以外的生命。

得知NASA在研发探测太空星体的智能机械装置后，史努比试图证明它有能力加入到这批机器人的行列，以此争取参加探寻外星生命任务的机会。

当NASA探测器在火星搜寻生命迹象时，有某样东西吸引到了莎莉·布朗的目光，而史努比则借此在狗屋顶想象与糊涂塌客一起的火星大冒险。

在完成对火星的初步探索后，花生大家族的孩子们开始探究位于木星上最神秘的卫星之一·木卫二，那里据信是存在着深不可测的海洋世界。

查理·布朗试图打破常规思维，提议在金星上探索生命的迹象。然而这颗行星的地理环境似乎是过于严苛，无法维持生命的存在，但事实果真如此吗？

因为始料未及的意外而打乱了众人的午餐想法后，孩子们不得不面对一次特殊的训练任务。在这个过程中，查理·布朗试图提醒大家什么东西才是最重要的。

在对可能会存在生命的太阳系内行星进行探索和研究之后，史努比连同孩子们开始探讨太阳系以外的星球是否也同样具备孕育生命的条件。

正当孩子们为在探索过程中遭遇的挫折感到气馁时，查理·布朗所做出的惊人观测令大家瞬间转悲为喜，同时将目光转向新发现的事物。

在确定小行星为下一步的研究目标后，史努比助力花生大家族的孩子们思考各种办法，以解决NASA的一项激动人心的行动：捕获小行星。

对宇宙生命的探索已告一段落，然而富兰克林并不甘于接受这样的现实。为此，史努比和其他孩子一起以一种特有的沉浸式体验让富兰克林回顾起取得的成果。

离开NASA总部回去之后，史努比和花生大家族的孩子们便在卡拉的邀约下，以一种特别的形式来纪念这一次外星生命之旅的圆满完成。