Der animierte Kinofilm ist die Fortsetzung des “Lotte im Dorf der Erfinder” aus dem Jahr 2007. Eines lieben Abends beobachtet die kluge Tochter eines genialen Erfinders namens Lotte zwei Kapuzenmännchen bei dem Versuch, einen Stein von dem Mond zu entwenden, den ihr Onkel Klaus einst von einer Expedition in die weiten der Berge mitbrachte. Durch schnelles Eingreifen kann sie den Diebstahl gerade nochverhindern, erkennt jedoch dabei, dass der Stein mysteriöse Kräfte in sich trägt. Da die ehemaligen Mitreisenden von Klaus ebenfalls derartige Mondsteine besitzen, überredet Lotte ihren Onkel zu einer neuen Reise zu ihnen. Auf der Reise müssen die beiden viele Hindernisse überwinden und werden zudem von Kater Paul und den Kapuzenmännchen verfolgt, die zuvor in den Besitz der Mondsteine waren und sie dringend brauchen, bevor der Mond für immer sein Licht verliert und verblasst.