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65 milioni di anni fa, nel Cretaceo superiore, il famoso asteroide, che avrebbe dovuto causare l'estinzione dei dinosauri, manca la Terra, permettendo loro di continuare a popolare il pianeta e di evolversi, diventando più intelligenti e trasformandosi in agricoltori e allevatori.

Milioni di anni dopo, una piccola famiglia di Apatosauri, composta dal padre Henry, la madre Ida e i loro tre figli Libby la maggiore, Buck il mediano e il piccolo Arlo, vive una tranquilla vita agraria nella fattoria ai piedi del Monte Zanna di Lupo. Nonostante tutti si diano un gran da fare, Arlo è molto impacciato e pauroso di qualunque cosa, persino degli Ornithomimus a cui deve dar da mangiare. Il padre Henry è comunque fiducioso e sa che un giorno Arlo sconfiggerà le sue paure riuscendo a mettere la sua impronta sul silo del granturco, segno che la famiglia utilizza quando un componente raggiunge i propri obiettivi. Proprio per farlo finalmente crescere e realizzare, Henry mette Arlo a guardia del silo del granoturco contro un misterioso parassita che ne divora una parte. Il parassita – che si rivela essere un piccolo cavernicolo – cade nella trappola di Arlo che, però, non ha il coraggio di ucciderlo e ne causa la liberazione. Henry, arrabbiato con Arlo per non aver saputo portare a termine il suo compito, parte alla ricerca del cavernicolo col figlio al seguito. Arlo, deluso dalle sue stesse paure, chiede scusa al padre, ma proprio mentre Henry cerca di consolare suo figlio in riva ad un fiume, un'improvvisa tempesta li sorprende. Henry riesce a spingere in salvo Arlo, ma viene subito dopo travolto da un'ondata di piena del fiume.

Senza più l'aiuto del padre, Arlo deve darsi da fare di più per aiutare la madre a portare avanti la fattoria prima che inizi l'inverno. Mentre accantona il granturco nel silo, si accorge che il cavernicolo di nuovo se ne sta cibando, lo accusa della morte del padre e lo insegue per tutta la fattoria, finché entrambi non finiscono in un fiume, dove, a causa della forte corrente, Arlo batte la testa su una roccia e sviene. Al suo risveglio Arlo si ritrova ormai lontano da casa ed è costretto a sopravvivere da solo per ritrovare la strada del ritorno. Dopo svariati tentativi di sopravvivere, Arlo viene di nuovo trovato dal piccolo cavernicolo che gli offre delle bacche e, mentre lo conduce laddove le aveva trovate, vengono attaccati da un Tetrapodophis, che il giovane cavernicolo riesce a scacciare. Il tutto viene notato da un eccentrico Styracosaurus, che vorrebbe per sé il piccolo cavernicolo in modo che quest'ultimo lo protegga cercando di dargli un nome, ma quando Arlo lo chiama "Spot", il piccolo cavernicolo lo riconosce come il suo vero nome. Dopo aver viaggiato insieme per il resto della giornata e aver preso confidenza l'uno dell'altro, Arlo confida a Spot la mancanza della sua famiglia, mentre Spot fa capire ad Arlo che anche lui è rimasto solo perché i suoi genitori sono morti. Il giorno dopo una violenta tempesta devasta la terra e Arlo, non ancora ripresosi dalla traumatica esperienza della morte di suo padre, fugge per la paura.

La mattina dopo Arlo ritrova Spot, ma la tempesta li ha disorientati e Arlo chiede aiuto a un gruppo di pterosauri capeggiati dal loro leader Tonitrus, un Nyctosaurus, che con il suo gruppo salva "apparentemente" le piccole creature vittime delle tempeste. In realtà lui e il suo gruppo divorano tutte le creature che trovano e, essendo interessati a mangiare anche Spot, inseguono i due fino ad una radura dove Arlo e Spot vengono salvati da due fratelli TyrAnnosaurus di nome Nash e Ramsey, che mettono in fuga il gruppo di Tonitrus. I due T. rex, insieme al loro padre Butch, si dimostrano amichevoli con Arlo e Spot e promettono di ricondurli sulla strada di casa se Spot, grazie al suo fiuto, riuscirà a ritrovare la loro mandria di bisonti giganti. Spot riesce a fiutare la mandria, rubata da alcuni ladri di bestiame, che si rivelano essere un gruppo di Velociraptor, guidati dal loro perfido leader Bubbha. Grazie ai T. rex e al coraggio di Arlo, i ladri di bestiame vengono allontanati. La notte seguente Butch incoraggia Arlo, affermando che la sua naturale paura non lo deve fermare. Il giorno seguente i T. rex scortano Arlo fino ad un sentiero per il Monte Zanna di Lupo. Lungo la strada Arlo e Spot incontrano un altro uomo delle caverne, ma Arlo ormai affezionatosi a Spot prosegue insieme al suo amico.

In seguito, mentre sopraggiunge una nuova tempesta, i due vengono ancora attaccati da Tonitrus e dal suo stormo, che stavolta riesce a catturare e portare via Spot, mentre Arlo viene fatto cadere giù da un precipizio. Fortunatamente Arlo sopravvive, ma sviene e in sogno gli appare suo padre Henry a cui Arlo confessa l'affetto che prova per Spot e il desiderio di aiutarlo, rendendo il padre orgoglioso di lui per aver finalmente superato le sue paure. Pieno di determinazione, Arlo si risveglia e, ritrovato Spot, attacca gli pterosauri, che hAnno intrappolato il piccolo in un tronco in mezzo a un fiume; con coraggio Arlo batte gli pterosauri facendoli finire in acqua. Tuttavia, una nuova inondazione travolge sia Arlo che Spot e li trascina fino ad una cascata, ma fortunatamente entrambi rimangono illesi.

Ormai vicini a casa, Arlo e Spot vengono raggiunti da una famiglia di uomini primitivi e, sebbene con riluttanza, Arlo decide che, per il bene del suo amico, Spot deve stare con i suoi simili, che diventerAnno la sua nuova famiglia; dopo un commovente addio i due si separano. Il film termina con Arlo tornato finalmente a casa, senza più paure e accolto a braccia aperte da sua madre e dai suoi fratelli: finalmente Arlo è cresciuto e gli è consentito lasciare l'impronta sul silo, proprio accanto a quella di suo padre.