강 교수는 지구방위대의 대표이자 미국 대통령 클린스의 호출을 받고 백악관으로 간다. 그리고 그곳에서 ‘이모틀 킹’이라는 복제인간이 사람들의 마음을 조정할 수 있는 마인드컨트롤 칩을 개발하고 그 칩을 사람들에게 삽입하지 않으면 자연재해를 일으켜 국제적인 도시들을 하나씩 파괴할 거라고 협박한다는 사실을 알게 된다. 게다가 이모틀 킹이 강 교수 남편인 양 교수를 포함한 많은 수학자들을 납치했다는 사실도 듣게 된다. 클린스는 강 교수에게 강 교수의 딸인 혜지, 주철이 세민이, 홍주를 TMT(순간 공간이동 장치)에 탑승시켜 이모틀 킹의 본거지 ‘돔’에 침투시키자고 제안한다. ‘돔’은 특수한 물질로 이루어져 아무도 들어갈 수 없고, TMT는 처음 탑승자인 아이들만 받아들이기 때문이다.

혜지를 비롯한 아이들은 고성능 전투복인 오메가 슈트와 펏 슈트를 입고 미 정보국 대원인 앤드류와 피터에게 여러 기능 사용법을 배우고 다양한 훈련을 받는다. 또한 돔 안에서 문을 통과하기 위한 열쇠로 설정해 놓은 수학 문제를 풀기 위해 클라우드 교수에게 수학 수업을 받는다. 이모틀 킹은 자신이 만든 복제인간들의 논리력을 향상 시킨 후 정신적으로 완전한 인간으로 만들기 위해 돔 곳곳에 수학 문제를 프로그램화 해 놓은 것이다. 혜지 일행의 임무는 돔 안으로 들어가 납치된 수학자와 과학자를 구출하고, 잡혀 간 사람들에게 마인드컨트롤 칩의 기능을 없애는 약을 나눠 주는 것이다.

수차례의 모의 훈련 끝에 아이들은 돔 안에 침투하고 그곳에서 납치된 수학자 베르너를 만난다. 돔 곳곳에서 발견한 수학 문제를 모두 푼 아이들은 이모틀 킹의 핵심 본부인 제2돔과 제3돔에 침투한다. 그곳에서 혜지는 아빠를 만나지만 재회의 기쁨도 잠시일 뿐 이모틀 킹의 부하에게 붙잡힌다. 주철이와 홍주는 정보원 잭과 납치된 아이들을 만나고 그들의 도움으로 사람들에게 약을 나누어 준다.

돔의 전체 전력선이 있는 통제실을 발견한 주철이는 이모틀 킹에게 혜지와 양 교수를 보내 주지 않으면 돔의 전기를 끊어 버리겠다고 협박하고 이모틀 킹은 어쩔 수 없이 혜지와 양 교수를 풀어 준다. 돔 주변을 살피던 주철이와 홍주는 돔에 설치된 계기판을 보며 복제인간이 이산화탄소에 약하다는 사실을 알게 된다. 주철이는 납치된 아이들과 함께 불을 피워 복제인간들을 공격한다.

대기 중의 이산화탄소 농도가 올라가자 복제인간들은 녹아 버리고, 이모틀 킹과 그의 부하들은 탄소 섬유로 제작한 비행기 카본에어를 타고 제1아지트로 탈출한다. 아이들과 양 교수, 베르너도 카본에어를 타고 무사히 백악관으로 돌아간다. 영웅이 된 아이들은 자신들의 성공을 축하 받으며 기쁜 마음으로 가족들과 재회한다.