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La película empieza con Carl Fredericksen, en su niñez, en el cine, mientras pasaban un reportaje sobre el famoso aventurero Charles Muntz y su dirigible El Espíritu de la Aventura, en el reportaje se señala que el encontró el fósil de un ave desconocida, pero los paleontólogos desconocen el fósil, señalando que es el falso, Muntz regresa a Cataratas del Paraíso para capturar el ave. De allí se pasa a una escena en la que Carl conoce a una niña llamada Ellie con quien tiempo después se casa, Carl se dedica a vender globos y entre los dos reconstruyen la casa en donde se conocieron, ambos ahorran para poder viajar un día a Cataratas del Paraíso ya que ambos son fanáticos de Charles Muntz, pasando varios años y ya envejecidos, Ellie fallece, antes de fallecer le entrega a Carl un álbum de fotos de las aventuras de Ellie. Pasado un tiempo, alrededor de la casa se empieza a construir varios edificios, Carl se niega dejar la casa, ya que la considera como si fuera Ellie. Russell, un niño explorador trata de ayudar a Carl en algo, el se niega pero Russell no se retira sin antes de haber ayudado a Carl, el le miente diciéndole que busque un cuervo que ronda la casa. En un momento los constructores dañan el buzón de Carl, enfurecido lastima a un trabajador. Lo cual hace que un juez le quite la casa y que deba irse a un asilo de ancianos al ser considerado una amenaza. Al día siguiente unos empleados del asilo de ancianos llegan a la casa por Carl, el los distrae mientras libera cientos de globos atados a la casa por la chimenea, y elevándola. Carl dirige la casa hacia Cataratas del Paraíso para vivir allí, ya que era su sueño, en pleno vuelo se da cuenta que Russell había quedado en el pórtico de la casa, a regañadientes lo deja entrar, luego son alcanzados por una tormenta, provocando que Carl, tratando de agarrar las cosas que se caían, se desmaya. Cuando despierta Russell le dice que llegaron a Cataratas del Paraíso, descienden pero chocan con el suelo, haciendo que ambos caigan de la casa, pero la recuperan y ambos se dirigen a la catarata. En el trayecto conocen a un ave extraña de la cual Russell se encariña y lo llama Kevin y a un perro llamado Dug, quien buscaba al ave para llevárselo a su amo. Aunque en realidad Dug quiere más a Carl y es muy cariñoso aunque a veces torpe. Mientras tanto otros tres perros, Beta, Gamma y Alfa, líder de estos, buscaban al ave también, se enteran que Dug va con el ave, ellos logran localizar a Dug con un rastreador que lleva en el collar y van por el. En un momento de histeria la casa choca con una pared e roca haciendo que se quebraran unas ventanas. Al día siguiente, descubren que Kevin es hembra y estaba buscando alimento para sus crías, en eso son capturados por Alfa y sus secuaces, Kevin logra escapar. Los demás son llevados ante su amo, quien resulta ser Charles Muntz, el se disculpa por el trato de sus perros y los invita a entrar al Espíritu, en la cena Russell ve un fósil de un ave, el señala que es igual a Kevin, Muntz sospecha de ellos y descubre que el ave estaba en la casa de Carl. Carl y Russell huyen junto con Dug, en el escape Kevin es dañada de una pata y varios globos se revientan, además de que la casa sufre más daños. Muntz localiza a Dug por el rastreador, Carl, Russell y Dug llevan a Kevin a su nido, al llegar Kevin es capturada y Muntz incendia parte de la casa. Carl deja que se lleven a Kevin para poder apagar el incendio, Russell se enfurece con Carl, y Carl se enfurece con el y con Dug, ya que el no quería hacer nada de eso. Caminan hacia las cataratas, al llegar los globos pierden parte del helio, impidiendo que la casa vuelva a elevarse. Carl se mete a la casa y ve el álbum de fotos de Ellie, hasta el final del álbum encuentra fotos de los momentos más felices que vivió con Ellie, ella le dejó una inscripción diciendo: "Gracias por la aventura, ahora ve por más", dándose él cuenta de esa manera que a ella no le importó no haber cumplido su sueño porque cumplió otro diferente con él. Carl va a disculparse con Russell pero ve que el tomó varios globos de la casa y con una sopladora se impulsa para salvar a Kevin. Carl intenta hacer subir la casa pero no hay suficientes globos, así que saca todas las cosas que había dentro de la casa, haciendo que pueda volver a flotar. Dug toca la puerta, le dice que lo quiere mucho y Carl lo acepta como su perro. Russell llega al Espíritu de la Aventura, pero es capturado y atado a una silla. Muntz viendo que Carl lo siguió, coloca a Russell en la entrada del dirigible para que se caiga pero Carl lo logra y le ata la casa a la entrada para que este seguro. Carl y Dug entran para salvar a Kevin, llegando a la sala de exposiciones del dirigible, Muntz trata de matar a Carl, pero Dug le daña un pie, así que este le encierra en un pasillo donde los demás perros le persiguen, se enfrenta a Alfa y le vence ganándose el respeto de sus compañeros. Russell resbala de la entrada pero se agarra de la manguera del pórtico y logra subir a pesar de que unos perros trataban de matarlo y de destruir la casa. Muntz y Carl suben por unas escaleras del exterior del dirigible, Muntz resbala pero logra salvarse y vuelve a meterse. Al llegar al techo, Russell aterriza la casa pero queda en el borde. Muntz aparece con una escopeta y entra a la casa para atacar a Russell, Kevin y Dug, pero Carl le grita a Russell que se sostenga de Kevin y grita. Kevin, chocolate, éste corre de la casa en busca del dulce. Muntz le sigue pero al saltar por la ventana, varios globos se le enredan en la pierna dejándole flotando por un momento y Muntz cae del dirigible al vacío. La casa desciende hacia la jungla, hasta que Carl la pierde de vista; antes que nada Carl se despide de ella. Ellos se adueñan del Espíritu de la Aventura, visitan a los bebes de Kevin que son unos polluelos muy pequeños, de regreso a la ciudad, Russell recibe una medalla por ayudar a los mayores. Después Carl, Russell y Dug se van a una heladería, fuera de ella, sentados y comiendo un helado, juegan a contar coches de color azul y rojo. Sobre de ellos tienen al Espíritu de la Aventura, como la nueva casa de Carl. La película termina con una escena en la que se muestra que la casa aterrizó junto a la catarata, en Cataratas del Paraíso. Haciendo ver que "Ellie" vive ahora en Cataratas del Paraíso. En los créditos finales se muestran las fotos de Carl, Russell y Dug de sus aventuras posteriores.