A kiskorú ügynököket, Junit (Daryl Sabara) és Carmen Cortezt (Alexa Vega), pályafutásuk legészbontóbb küldetésére vetik be: utazásra indulnak egy olyan 3D videó-játék virtuális valóságú világának belsejébe, amelyet a gonosz Játékosztó (Sylvester Stallone) kifejezetten arra tervezett, hogy a játékot játszó gyerekek agyát „beszippantsa”, s így õ uralkodjon felettük.

A Kémkölyköknek a humor, saját bátorságuk, családtagjaik és villámgyors reflexeik, valamint fantasztikus technikai berendezések segítségével kell végigküzdeniük magukat a játék egyre keményebb, egyre nehezebb szintjein – olyan kihívásokkal szembesülve, mint száguldás a „Road Warrior”-okkal vagy izzó láván való szörfözés –, hogy megmenthessék a világot.

A Kémkölykök és Robert Rodriguez rendezõ a családi szórakoztatás mûfaját teljesen új dimenzióban indítják útjára: a harmadik dimenzióban. A legmodernebb digitális technika segítségével a filmtörténetben elõször a nézõ is „bekerülhet” a Játékosztó találmányának virtuális belsejébe. Ha felteszi a speciális szemüveget, szeme elõtt a videojáték háromdimenziós világa tárul fel, míg, ha leveszi azt, visszakerül a földi valóságba.

A 3-D technika lélegzetelállító izgalmakban és élményben részesíti a nézõközönség minden korosztályát.