Ham III (Andy Samberg), Luna (Cheryl Hines) e Titan (Patrick Warburton) são chimpanzés enviados pela NASA em missão espacial, com o objetivo de encontrar vida alienígena. Luna é disciplinada e fascinada por astronautas humanos, enquanto que Titan é um super-atleta egocêntrico. Já Ham é bisneto do 1º chimpanzé a ser enviado ao espaço, mas tem mais interesse em ser artista de circo do que um bom astronauta. Obrigados a conviver juntos, os três precisam lidar com suas diferenças para que a missão seja bem sucedida.