《开心超人联盟之平行时空大冒险》是动画系列片《开心超人联盟》的全新系列，以连续剧的形式展现。故事讲述了：五超人和伽罗在潮博士的请求下，前去拯救被黑煞统治的平行时空的星星球。然而面对十分强大的黑煞，超人们毫无招架之力。在得知只有开天辟地斧能打败黑煞后，超人们和伽罗以及潮博士一起踏上了寻找开天辟地斧的冒险之旅。
宁静的小镇村住着一位神秘的尤教授，他通过科学实验创造出了三个拥有超级力量的完美女孩，她们的名字分别是：泡泡、毛毛和花花。泡泡的性格在三人之中最为天真开朗，毛毛的性格在三人之中较为暴躁易怒，花花则是天生的领袖和代言人，她们三个人互相帮助，补足对方的不足，组成了以惩奸除恶为终极使命的“飞天小女警”组合。在小镇村内设有专线供村民们呼叫飞天小女警前往帮助他们，小女警们的首要任务就是与各方反派势力斗智斗勇。三位超能小女警需要在小镇需要她们的时候出动，打击罪犯，用自己无与伦比的“女孩力量”守护家园和身边的小镇居民们。在本季中，小女警们将花费一整天的时间探索尤教授的实验室，并发现里面其实有令她们意想不到的秘密。
故事发生在彩玉大学的理科研究室内，冰室菖蒲（雨宫天 配音）和雪村心夜（内田雄马 配音）是在这里工作的两名研究生。某日，让心夜没有想到的是，自己竟然收到了菖蒲的告白。所为万事以科学为上的理科研究生，对于爱情自然也要用符合逻辑的证据去证伪，为了证明菖蒲对自己的爱确有其事有迹可循，心夜带领着整个实验室开始了对爱的实验。每天都像佣人一样被使唤来使唤去的解说员奏言叶（原奈津子 配音）、性格反复无常，过于以自我为中心的棘田惠那（大森日雅 配音）、表面看来是个不良少年，实际上却是个死宅的犬饲虎辅（福岛润 配音），陪着菖蒲和心夜进行爱情实验的是这些可爱的研究员们。
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