Betina, João, Lila e Theo são os irmãos Valentins, filhos de Artur e Alice Valentim. No dia em que seus pais vão viajar para um congresso científico, as crianças acordam animadas para conhecer a nova invenção do pai.

Os Valentins descobrem que seus pais desapareceram e acham que eles sofreram um acidente. Theo conta o que viu para os irmãos, mas ninguém acredita nele.

Após uma noite assustadora no internato da escola, os irmãos são salvos por Vó Reggy, que os leva para casa. Lá, são tranquilizados por ela a respeito do que pode ter acontecido com Artur e Alice.

Betina, João, Lila e Theo precisam dar um jeito de se livrar de Teresa, a cobra do Randolfo. Porém, antes da chegada do bombeiro, João se vê em uma situação de perigo. Com tudo resolvido, mais um mistério ronda a casa.

Lila está feliz com a boneca que ganhou de presente, enquanto Theo está assustado. Ao ver que a irmã está obedecendo as ordens do brinquedo, Betina, João e Theo desconfiam. Algo pode estar vigiando a casa dos Valentins.

Após cair no chão, Vó Reggy é levada para o hospital. Sozinhos mais uma vez, os irmãos Valentins precisam dar um jeito de fingir que nada aconteceu. Para evitar uma possível volta para o internato da escola, Betina, João, Lila e Theo bolam um plano.

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Acaba a luz na casa dos Valentins, o que assusta as crianças. Ao descobrir que há um intruso entre eles, os irmãos se unem em um plano infalível para espantar o bandido.

Para despistar a diretora Márcia e evitar uma possível volta para o internato da escola, as crianças fingem que, tanto elas como a Vó Reggy, estão com uma doença contagiosa.

Betina, João, Lila e Theo ficam assustados com a possibilidade de tomar injeção à toa, e precisam despistar um misterioso médico de qualquer jeito.

Lila revela aos irmãos que pode ter visto uma assombração no quarto dos Valentins. João acha que todos estão ficando malucos.

Lila está com medo do fantasma do avô, mas aos poucos relaxa e se diverte com ele. A pedido da diretora da escola, uma psicóloga visita os Valentins, que precisam dar um jeito de despistá-la.

Theo descobre que João levou seus ratinhos para serem examinados por Randolfo. Desesperado, o caçula decide procurá-los na escola, o que faz com que todos os irmãos voltem às aulas.

Os Valentins descobrem que Dona Márcia e Dona Anita estão a caminho de sua casa para falar com a Vó Reggy. Assim, as crianças recorrem à última solução: invadir o hospital para trazer a avó de volta.

Os irmãos Valentins descobrem que a doceria está cheia de baratas, e a solução é aplicar veneno. Theo fica desesperado com o que será de seus ratinhos se eles forem envenenados.

Betina desconfia de que Theo está falando a verdade e os ratinhos são mesmo os pais dos Valentins. Ela decide, então, descobrir o tipo sanguíneo dos roedores e se surpreende com o resultado.

Betina briga com João ao descobrir que ele foi detido por pichar o muro da escola. Mais tarde, a suspeita da irmã mais velha sobre o sangue dos ratinhos é confirmada.

Betina e Theo invadem o laboratório de Randolfo e descobrem algo assustador. Em casa, João acha a avó desacordada, e ela volta para o hospital. Sozinhos, os Valentins recebem uma visita inesperada.

Os Valentins precisam lidar com uma estranha governanta. Cheia de regras, ela dá para as crianças um fortificante que as deixa sonolentas. Desconfiadas, descobrem que os ratinhos estão em perigo.

Os Valentins ficam chocados diante de Conceição com os ratinhos. Para se livrar dela, decidem assustá-la. Quando tudo parece ter acabado bem, os irmãos notam o sumiço de um importante objeto.

Ao descobrir um lenço perdido de Conceição, os Valentins devem descobrir qual a relação da governanta com Randolfo. Para descobrir, seguem o vilão e vão parar em um cemitério.

João fica emocionado ao ver a ratinha-mãe tocando piano em seu aniversário e passa a acreditar em Theo. Porém, ao decidir fazer mesmo uma grande festa, logo vem o medo de ninguém aparecer.

A festa de João é um sucesso, mas Dona Anita chega para atrapalhar a diversão das crianças. Ao revelar as fotos da festa, Lila faz uma descoberta surpreendente.

Theo conta sobre o sequestro de Lila para Betina e João, que ficam desesperados. De repente, o telefone toca: é o sequestrador, que pede, como resgate, um objeto que as crianças não sabem onde está.

Após achar a invenção secreta do pai, é hora de resgatar Lila. Os irmãos desconfiam que Randolfo esteja envolvido. Betina decide, então, que é hora de trazer seus pais de volta.

Betina prepara o antídoto para transformar os ratinhos em seus pais novamente, mas um deles acaba nas mãos de Randolfo e corre perigo.

Na casa dos Valentins, os irmãos comemoram a volta da mãe, mas chegou a hora de enfrentar o vilão e trazer o pai de volta para a família.

Os Valentins estão reunidos e felizes novamente, aguardando o resultado de uma nova experiência de Artur. Enquanto isso, a ratazana Randolfo ronda a casa da família, pronta para atacar novamente.

Randolfo vibra por ter transformado Artur em uma criança sem memória; Alice sai em busca do marido, mas acaba nas mãos do vilão; percebendo que a mãe está diferente, os Valentins ficam chocados.

Betina, João, Lila e Theo ficam revoltados com Alice apaixonada por Randolfo, que se faz de sonso; os irmãos não se convencem com a história e desconfiam de que a mãe foi hipnotizada pelo vilão.

Os irmãos Valentins bolam um plano para resgatar o capacete das mãos de Randolfo e devolver a mãe ao normal. Para isso, apelam para a vaidade do vilão.

Sem o capacete da memória, Randolfo passa vergonha em sua entrevista para a TV; no dia do casamento de Alice com o vilão, as crianças tentam recuperar sua memória, mas algo inesperado acontece.

Os irmãos Valentins ficam perplexos ao descobrir que a mãe está presa dentro do capacete da memória; Randolfo se revolta com o sumiço de Alice.

Os Valentins recebem a visita de uma vidente, de quem logo desconfiam. Para assustar a intrusa, contam com a ajuda de Vô Ovídio.

A casa dos Valentins amanhece invertida: a geladeira esquenta e o fogão esfria. Após descobrirem que foram enganados por Randolfo, os irmãos traçam um novo plano para desmascará-lo.

Os Valentins desmascaram e confrontam Randolfo, que acaba liberado pelo Major Ribeiro. Diante da ameaça de voltar para o internato, os irmãos criam um jogo da memória para ajudar sua avó Reggy.

Em noite de tempestade, os Valentins recebem um visitante inesperado. No dia seguinte, Betina conversa com a mãe no capacete e é encorajada a consertá-lo, mas as coisas não saem como o esperado.

Pelo visor do capacete, os Valentins assistem à mãe conversando com seu pai e com ela própria quando criança. Em visita à casa da família, Dona Márcia passa mal e é socorrida por Vó Reggy.

Após ter usado o capacete da memória, Dona Márcia começa a agir de forma diferente com os Valentins, como se fosse Alice. Vendo isso, as crianças tentam entender o que aconteceu com a diretora.

João Valentim resolve fazer uma festa de despedida para Albertinho, que foi selecionado para um intercâmbio. Na festa, a chegada do novo vizinho, Fred, dá o que falar.

Vó Reggy cisma que Edmundo é seu filho Artur, o que deixa os netos confusos; Randolfo recebe um telefonema inesperado.

Os Valentins confirmam que Edmundo é mesmo seu pai Artur, mas decidem não contar nada para ele; Randolfo consegue um novo aliado contra a família.

Os irmãos descobrem quem invadiu sua casa e traçam um plano para fazê-lo confessar o motivo. Para descobrir os ingredientes de um antídoto, Theo resolve agir sozinho.

O efeito da fórmula invisível acaba e Theo fica cara a cara com Randolfo. O vilão resolve, então, testar seu hipnotizador no caçula.

Randolfo parabeniza Theo por sua ajuda e manda o caçula dos Valentins continuar espionando os irmãos. Em casa, Lila e Betina recebem as amigas para um troca-troca de roupas na doceria.

Betina, João e Lila descobrem se Theo estava mesmo hipnotizado. Mais tarde, João participa de um concurso sobre RockMor.

Os Valentins recebem a visita do Professor Hills, que propõe ser o guardião dos inventos de Artur. No dia seguinte, Betina, com a ajuda de Edmundo, tenta consertar o capacete da memória novamente.

Após usar o capacete, Edmundo começa a se lembrar de tudo o que viveu como Artur, e emocionado, ele abraça os filhos; Anita faz uma revelação bombástica a Randolfo.

A casa dos Valentins está toda preparada para uma festa, mas na hora da música, João descobre que todos os seus discos foram roubados. Mas, uma visita inesperada surge e pode salvar a noite.

O Artur-criança revela aos filhos que viu Dona Anita entregar o capacete para Randolfo, então chega a hora de tentar fazer o pai voltar a ser adulto.

Ao amanhecer, as crianças procuram o pai-criança pela casa e, quando acham, têm uma bela surpresa. Chega a hora, então, de achar o capacete da memória original, escondido sem querer pela Vó Reggy.

Artur, Betina, João, Lila e Theo estão diante do capacete da memória quando Alice surge. Passada a emoção, os Valentins precisam se preparar para desmascarar Randolfo.

Randolfo e Professor Hills apresentam o capacete da memória em uma coletiva de imprensa. O que eles não sabem é que os Valentins possuem um plano para desmascará-los.