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가까운 미래, 지구는 에너지 고갈 문제를 해결하기 위해 머나먼 행성 판도라에서 대체 자원을 채굴하기 시작한다. 하지만 판도라의 독성을 지닌 대기로 인해 자원 획득에 어려움을 겪게 된 인류는 판도라의 토착민 나비의 외형에 인간의 의식을 주입, 원격 조종이 가능한 새로운 생명체를 탄생시키는 프로그램을 개발한다. 한편 하반신이 마비된 전직 해병대원 제이크 설리는 아바타 프로그램에 참가할 것을 제안받는다. 그 곳에서 자신의 아바타를 통해 자유롭게 걸을 수 있게 된 제이크는 자원 채굴을 막으려는 나비의 무리에 침투하라는 임무를 부여받는데...
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노래로 구애하는 펭귄 왕국, 춤에는 특별한 재능을 가졌지만 노래만은 세계 최악인 멈블(엘리야 우드)이 있다. 멈블의 엄마 노마 진(니콜 키드먼)은 아들의 탭 댄스가 귀엽다고 생각하지만 아빠 멤피스(휴 잭맨)는 멈블이 펭귄답지 못하다고 여긴다. 멈블 역시 짝사랑하는 소꿉친구 글로리아(브리트니 머피)에게 구애할 수 없는 자신이 서글프다. 멈블은 펭귄왕국의 질서를 어지럽힌다는 이유로 추방당하고, 우연히 또 다른 펭귄 종족인 라몬(로빈 윌리암스)과 그의 일당을 만난다. 멈블은 자신의 현란한 발 동작에 매료된 라몬 일당과 함께 광활한 얼음대륙을 넘어 특별한 여행을 시작한다.
