小三角龙奇奇和他的伙伴们——肿头龙胖胖、腕龙妮妮和禽龙跳跳，在一次洪水过后发现家园附近的河流一夜之间干涸了。为了寻找新的水源，四只小恐龙听从了老龟爷爷的指引，前往从未去过的彩虹谷。途中，他们掉进了一个会发光的巨大洞穴。洞穴深处，他们唤醒了一只因沉睡万年而躲过大灭绝的巨型翼龙“回声”。回声起初讨厌这些吵闹的小家伙，但当他得知地面上的水源正在被一只凶暴的霸王龙控制后，决定带他们从空中走一条秘密路线。小恐龙们不仅要克服高空恐惧，还要学会团结协作，最终他们发现，所谓彩虹谷，其实是回声记忆里已经消失的家园。在找回回声对世界的信任后，他用最后的力量引来一场大雨，滋润了大地，四个小伙伴也学会了责任与告别。
作为系列第四部，影片罕见地加入了略带伤感的告别主题。翼龙回声的角色塑造非常成功，从孤僻到温情的变化自然动人。高空飞行的场景极具视觉想象力，而“家园可以消失，但友情会创造新的家园”这一内核，让它在儿童向的外表下拥有了成人也能共鸣的情感深度。
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