På Planet 51 er indbyggerne grønne, og en af dem er Lem, som arbejder på et planetarium. Der havner også kaptajn Chuck Baker, som er nødlandet med sit rumskib fra Jorden. Efter et skræmmende møde bliver Chuck og Lem venner, og sammen hjælpes de ad med at finde tilbage til Chucks rumskib. Men vejen tilbage er ikke risikofri, eftersom hæren på Planet 51 for enhver pris vil fange Chuck.