《新大头儿子和小头爸 爸》在美术设计、情节把控、视觉效 果、语言节奏等方面均比老版有了全 新的提升，并邀请央视著名主持人董 浩、鞠萍、刘纯燕加盟配音，月亮姐 姐演唱主题歌。在主题诠释方面，新 版不仅延续了老版对亲情观和父子情 的体现，更进一步强化了“绿色、健 康、轻松的动画片”和“陪伴型共同成 长”的理念，向社会、家庭传达了热爱 生活、家庭和谐的强大正能量。
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怕踢学院进入新世纪，处处充满了神奇的色彩，千奇百怪的奇遇和经历，小衰衰出人意料的表示：“每次都是你们几个人，太没意思了，我要交新朋友！”同期出演的金老师、大脸妹、庄酷、小金等人不！认！账！小伙伴的情谊怎么可能说没就没了，看来小衰衰对大家的认识还不够深刻，因此——众人要让阿衰有个深刻的认识和交流！嘻嘻嘻~世界上有千万朵，但唯有一直是独特的你！奇幻之旅中主角担当阿衰将给我们带来什么样的爆笑故事，好戏不要错过！
纱名（大和田仁美 配音）自幼生活在“研究所”中，从未涉足过外面的世界。她拥有能够任意改变周遭物体的超级能力，因此被当做“危险品”一般受到重重监护。某日，再也忍无可忍的纱名逃出了研究所，随即遭到了组织的追捕。无处可去的纱名在走投无路的境遇下遇见了名为㭴村藏六（大冢明夫 配音）的老者，善良的老人收留了纱名。藏六和孙女早苗（丰崎爱生 配音）过着相依为命的生活，如今家中多了一个女孩，生活倏地热闹起来。和纱名一起逃出来的，还有个性大大咧咧自由奔放的雏雾朝日（藤原夏海 配音）和她的双胞胎妹妹雏雾夜长（鬼头明里 配音），女孩们所要面对的，是步步紧逼的研究员以及她们扑朔迷离的身世。
一切的开始追溯到1987年9月，在日本某处发生的离奇事件。事件发生之后的10多年来一直和未知的威胁对抗的火岛博士和与那岭博士组成了开发小组并在双神岛建设了研究所，著手进行地球制弹劾凰机械人的开发计划。多年后，终于完成了称之为“素体”的机械人原型机体。但是，就在这时候，主张此后的量产计画应以生产导向及效率为优先的无人驾驶机械人的火岛博士和为了防止万一机械人不听指挥发狂时的危险性的有人驾驶机械人的与那岭博士之间产生对立。经过长久激烈的争论后，火岛博士的提案因为危险性太高的理由被驳回而决定生产有人驾驶的机械人。火岛博士同时也被逐出研究所。
