Na trama, Marissa Cortez Wilson (Jessica Alba) é uma espiã aposentada que é reativada pela agência para a qual trabalhava, para combater a ameaça de Time Keeper (Jeremy Piven), vilão que quer congelar o tempo. A missão fica mais difícil porque o marido de Marissa, vivido por Joel McHale, é um repórter de TV que desmascara espiões. E piora porque os enteados dela (Rowan Blanchard e Mason Cook, os novos pequenos espiões) odeiam a madrasta. O longa, que servirá de recomeço para a cinessérie, tem também participações especiais de Antonio Banderas, Danny Trejo, Alexa Vega e Daryl Sabara, da trilogia inicial.
Robert Rodriguez dirige em 3-D. A Dimension Films lança Pequenos Espiões 4 em 19 de agosto, nos EUA