Trama
Una settimana dopo essere diventati partner della PDZ, le personalità della coniglietta Judy Hopps e della volpe rossa maschio Nick Wilde entrano in conflitto e li rendono un duo incompatibile. Dopo aver quasi fallito l'operazione relativa a un caso di contrabbando gestito da un formichiere, il capitano Bogo minaccia di separarli se non partecipano ad una sessione terapeutica gestita dalla quokka dottoressa Fuzzby. Nel frattempo Judy, che durante l'operazione ha trovato un pezzo di pelle di serpente, si convince che in città ci sia uno di questi rettili. Alcuni indizi indicano la presenza dell'animale allo Zootenial Gala, l'evento che celebra il 100º anniversario delle barriere climatiche della città, organizzato dalla famiglia di linci discendente del fondatore delle barriere di Zootropolis, Ebenezer Lynxley.
Nick, convinto da Judy, si reca assieme a lei al gala per verificare se il serpente sarà presente. Durante la serata, quest'ultima fa amicizia con il più giovane e impacciato dei Lynxley, Pawbert. Nick nota una figura incappucciata sul lampadario e cerca di avvertire Judy, ma Bogo lo avvista e gli dice che la sua collaborazione con lei è finita. Prima che la volpe venga portata via però, la figura incappucciata cade sul palco e si rivela essere una vipera maschio. Nel panico generale, il rettile rapisce il patriarca dei Lynxley e padre di Pawbert, Milton, e ruba un vecchio diario, contenente i progetti sulla creazione delle barriere climatiche, destinato all'esposizione. Judy raggiunge la vipera, la quale la convince che i serpenti non sono animali malvagi e che il diario contiene la prova delle sue ragioni. Quando la coniglietta esita, Nick la raggiunge e mette il rettile fuori combattimento con una padella.
Per proteggere il nome dei Lynxley, Milton accusa gli agenti di complicità con la vipera davanti alla vice capo Hoggbottom, con l'aiuto del nuovo sindaco di Zootropolis, l'ex attore Brian Winddancer, e chiede la loro cattura, con l'aggravante del fatto che il rettile ferisce accidentalmente Bogo perdendo una zanna. I due fuggono con il diario, mentre la vipera viene portata via in moto da una figura misteriosa. Da ricercati, Judy e Nick cercano il rettile e tentano di capire il suo obiettivo. Con l'aiuto del boss del crimine Mr. Big e della figlia Fru Fru, incontrano Nibbles Maplestick, una castora che gestisce un blog complottista e che li porta a Mercato Pantano, un'area semiacquatica che da quando Zootropolis è stata fondata è stata lasciata in uno stato di semi abbandono, dove, grazie ad un tricheco traghettatore, raggiungono il relitto di una nave dove vive una comunità segregata e nascosta di rettili. Si rivolgono ad un basilisco di nome Jesús per localizzare la vipera, ma lui rivela loro che la copertina del diario, fatta di metallo, contiene la chiave di un passato che ha portato i rettili ad essere emarginati e come la loro casa originaria sia stata sepolta durante la costruzione di Tundratown.
La PDZ irrompe nel rifugio segreto e, nel caos che ne segue, Judy e Nick ritrovano la vipera che, ingoiato il diario, fugge in un tubo di trasporto acquatico a lunga percorrenza. I due la inseguono, ma Judy, nel tentativo di acciuffarla, rischia di annegare, ma fortunatamente Nick la salva trovando un'uscita di sfogo. Dopo aver recuperato un marsupio della vipera, perso durante la fuga, trovano al suo interno una vecchia scatola di fiammiferi e, chiedendo informazioni ad un paio di capre della zona, scoprono che provengono da una vecchia baita disabitata da anni. Mentre i due scalano la parete rocciosa per raggiungere la baita, Judy e Nick discutono e il registratore a forma di carota che lei aveva regalato al partner, come ricordo del loro primo caso risolto insieme, cade rompendosi nell'impatto. Una volta entrati, Judy trova le prove della vita pacifica dei rettili a Zootropolis. Nick, vedendo arrivare la PDZ, la prega di lasciare perdere il caso, portandola a pensare che i due siano troppo diversi per collaborare. Mentre Nick viene arrestato, Judy viene salvata dalla vipera, che si presenta come Gary De'Snake, insieme alla figura misteriosa che si rivela essere Pawbert.
Mentre sostano in un'oasi nel deserto, Gary usa il fuoco e la sua visione termica per definire attraverso lo strato di metallo della copertina l'ubicazione sulla mappa della casa dei serpenti, capendo come la bisnonna della vipera, Agnes De'Snake, fosse la vera autrice del diario, la reale fondatrice di Zootropolis e delle barriere meteo. Ebenezer, il bisnonno paterno di Pawbert e finanziatore del progetto di Agnes, avendo capito il valore del progetto, le aveva rubato il merito e l'aveva incastrata per l'omicidio della sua tartaruga governante (che aveva cercato di impedirgli di distruggere il vero brevetto ottenuto da Agnes grazie al diario ed era stata dunque avvelenata per far sembrare il delitto opera di Agnes). Ebenezer Lynxley aveva così scacciato i rettili e seppellito il loro villaggio sotto Tundratown, morendo convinto che nessuno avrebbe scoperto il suo segreto. Il trio deduce quindi che il brevetto potrebbe essere nascosto nel villaggio chiamato Reptile Ravine, che si trova sepolto dalla neve sulle terre della famiglia Lynxley; per trovarlo dovrebbero attivare la torre dell'orologio che si illumina come un faro, perciò i tre si rimettono in marcia per raggiungere l'antica barriera e attivare il vecchio pannello. Nel frattempo in prigione Nick riesce a scappare con l'aiuto di Nibbles (Arrestata per complicità con Judy e Nick), mettendo però in fuga anche Bellwether e altri 200 detenuti.
Il trio raggiunge il confine tra Piazza Sahara e Tundratown, dove si sta tenendo un festival con un concerto di Gazelle e dove quest'ultima aiuta i tre a scappare dalla PDZ, che li ha rintracciati tramite il telefono di Pawbert, e raggiungono la sala di comando della barriera climatica. Purtroppo, una volta accesa la torre dell'orologio, inaspettatamente Pawbert tradisce Judy iniettandole del veleno di serpente con la stessa arma usata dal suo bisnonno. Con orrore di Judy, Pawbert rivela la sua vera natura: è sempre stato leale alla sua crudele famiglia criminale ma, considerato da essa un inetto, ha subdolamente finto di essere amico di Gary per tutto il tempo così da scoprire dove si trovasse il brevetto originale di Agnes De'Snake per bruciarlo e infine dimostrare il suo valore alla sua famiglia, che l'ha sempre trattato con sufficienza. Dopo aver rifiutato la supplica di Judy di essere diverso dalla sua famiglia, Pawbert abbandona lei e Gary, il cui corpo a sangue freddo non tollera l'ambiente gelido, e ruba la penna con l'antidoto utile a salvarla per assicurarsi che non ci sia nessun testimone della vicenda.
Con l'aiuto del ghepardo Benjamin Clawhauser e del bradipo Flash, Nibbles e Nick localizzano Judy. Gary riesce a salvarsi grazie al calore della coniglietta recuperando sufficienti forze da poter affrontare gli agenti della PDZ. Nick ha una colluttazione con Pawbert, che cerca di finirlo con il veleno. Nick vede Judy in punto di morte e, per recuperare l'antidoto, che cade fuori portata mentre i due lottano vicino ad un dirupo, provoca il crollo del tetto, cadendo insieme alla lince ma recuperando l'antitossina e permettendo a Judy e Gary di raggiungere il tetto e salvare Nick appena in tempo. Mentre Gary va a curare Nibbles, i due si riappacificano confessandosi reciprocamente le proprie paure e insicurezze, ammettendo anche di considerarsi entrambi parte della loro vita. Dopodiché inseguono Pawbert, sopravvissuto alla caduta, che dopo aver rivelato al padre il suo vero piano, sembra ottenere finalmente la sua approvazione e cerca di raggiungere il villaggio per poter distruggere il brevetto, ma Judy, Nick e Gary lo mettono fuori gioco, mentre Nibbles e Gary combattono i Lynxley, venendo dapprima pestati dai felini ma poi aiutati dal sindaco Winddancer, che mette fuori combattimento la famiglia Lynxley.
Il gruppo arriva a Reptile Ravine e trova il brevetto nascosto a casa di Agnes. Hoggbottom arriva giusto in tempo per mettere nuovamente fuori combattimento un delirante Pawbert che prova un'ultima volta a distruggere il brevetto dando fuoco alla casa ma fallendo. Con i crimini contro i rettili dei Lynxley resi pubblici, Judy e Nick vengono scagionati, l'intera famiglia Lynxley viene arrestata e la famiglia di Gary viene pubblicamente riconosciuta come la vera fondatrice delle barriere climatiche di Zootropolis. Dopo un secolo i rettili si reintegrano quindi in città, Gary si ricongiunge con la sua famiglia e ringrazia Judy per il suo aiuto. Nick regala alla collega il registratore a forma di carota che è riuscito ad aggiustare e quest'ultima lo usa per registrare la sue parole mentre le dice che le vuole bene. Come prossimo incarico i due devono catturare tutti i 200 criminali evasi durante il tentativo di fuga di Nick e Nibbles, tra cui Bellwether che sta progettando di scappare in una località segreta.
Nella scena dopo i titoli di coda, Judy riascolta la registrazione di Nick, e dopo essere uscita di casa, una piuma di un rapace si posa sul davanzale della finestra del suo appartamento.
