神祕的隕石與月石的降臨
故事開始於一顆隕石墜落在谷地鎮附近。自稱「寶可夢不思議俱樂部（PFC）」的成員肯恩與瑪莉正追蹤隕石的落點，並在那裡遇見了從宇宙而來的寶可夢——月石。月石雖然擊退了他們的初步捕捉，但隨後便消失在鎮上的神祕氣氛中。
寂靜的谷地鎮與反常的喬伊小姐
小智、小遙、小剛與小勝在前往綠嶺市的旅途中抵達了谷地鎮。鎮上一片寂靜，眾人前往寶可夢中心尋求休息，卻驚覺喬伊小姐的態度極度冰冷且機械化，甚至拒絕為他們提供服務。小剛察覺到這位喬伊小姐缺乏愛與溫柔的資質，雖然氣味無誤，但顯然不對勁。與此同時，火箭隊也潛入鎮中，企圖偷走隕石並獻給老大以求晉升。
月石的求救與真相大白
小智一行人在郊外遇到了PFC二人組，對方誤將小剛的蓮帽小童當成外星寶可夢。在一番對峙後，肯恩與瑪莉解釋說鎮民可能被外星寶可夢發出的電波操控。眾人再度回到寶可夢中心，發現月石正躲在那裡。透過喵喵的翻譯，大家才明白月石因為受到PFC的攻擊而極度虛弱，為了保護自己才利用催眠術操控喬伊小姐和鎮民。月石需要沐浴在滿月的月光下才能恢復體力。
奔向噴火駝之丘的救援行動
由於谷地鎮被高山環繞無法看見月亮，眾人決定將月石送到「噴火駝之丘」。為了躲避PFC的耳目，小剛提議將月石藏在載滿裝飾品的貨車中。雖然中途被肯恩與瑪莉攔截盤查，但眾人機智地以「賞月」為由巧妙避開。喬伊小姐恢復神智後，帶領大家在滿月升起前及時趕到了山丘頂端。
滿月下的戰鬥與離別
在山丘上，火箭隊與PFC先後現身搶奪月石。PFC啟動了巨大的捕獲機械，與小智的皮卡丘、小剛的水躍魚以及小遙的狩獵鳳蝶展開激烈交戰。此時滿月終於升起，月石沐浴在月光中迅速恢復了力量，並使出強大的招式「覺醒力量」，一舉將PFC與火箭隊擊飛。最後，月石神祕地消失在月光中，小智一行人也感嘆著寶可夢的不可思議，繼續向下一站前進。