엄마가 기관사로 일을 하는 동안, 언제나 애완견 표도르와 놀던 오위겐은 스스로 탐정이 되기도 한다. 그리고 서커스 단장의 딸인 아하루가 스타 벼룩을 찾아 달라고 부탁하자 그 사건을 맡기로 한다. 오위겐은 아하루에게 스타 벼룩에 관해 물어 보고, 스타 벼룩이 살던 집을 살펴보며, 스타 벼룩이 사라진 곳부터 차례대로 흔적을 쫓는다. 그런데 사건은 해결되기는커녕, 단짝 표도르가 말썽을 피우면서 더 복잡하게 얽혀만 간다. 스타 벼룩 한 마리를 찾는 일에서 스타 벼룩과 표도르를 찾는 일로, 표도르를 찾은 뒤에는 스타 벼룩과 표도르의 벼룩을 찾는 것으로, 사건은 꼬리에 꼬리를 물고 벌어진다.

하지만 오위겐은 엄마에게 도움을 요청하지 않고, 침착하게 사건을 하나하나 해결해 간다. 먹는 걸 좋아한다는 표도르의 특징과 표도르의 벼룩을 평소에 잘 관찰했기 때문에 사건의 실마리를 찾을 수 있었던 것이다. 결국 스타 벼룩과 표도르의 벼룩을 모두 찾았지만, 벼룩들은 습관을 좇아 살았던 지금까지의 삶을 바꾸고 싶어한다. 그래서 각자 원하는 새로운 인생을 찾기로 한다. 아하루는 새로운 스타 벼룩이 된 표도르의 벼룩을 데리고 서커스로 돌아가고, 오위겐은 표도르와 저녁을 먹으러 가는 것으로 모두 만족스럽고 행복한 일상으로 돌아가는 결말을 맞이한다.