Quando o mundo está com problemas Carmen (Alexa Vega) e Juni (Daryl Sabara), os mais novos agentes secretos da história, são chamados à ação novamente. Agora eles precisam enfrentar o Dr. Romero (Steve Buscemi), um perigoso geneticista que vive em uma misteriosa ilha juntamente com as criaturas por ele criadas. Ao mesmo tempo Carmen e Juni precisam enfrentar jovens espiões rivais, Gary (Matthew O'Leary) e Gerti (Emily Osment), que elaboraram um plano para capturar todos os agentes da família Cortez, incluindo os avós da jovem dupla.