在現實世界，有個小學生新星勉，是個奧特曼迷。壹天晚上他在觀看《蓋亞·奧特曼》的錄像片時被卷入奇怪空間，看見壹個紅色的球，以及壹個站在火海中的女孩。次日回校，這個女孩竟真的出現，她就是勉的新同學——沈默寡言的七瀨理沙。就在同壹天，勉真地發現自家的倉庫中就放著那個紅色的球。紅球自稱可以幫人實現任何願望。勉在理沙的鼓動下，向球許願希望見到電視中的角色高山我夢。
天空出現怪異雲團，從雲團中飛出了搭載著我夢的Fighter EX！勉興奮地追過去，並告訴其他人關於這個球的事。包括平時在學校恃強淩弱的鹿島田浩、小杉亙、中原耕平三人組。浩把球搶在手中，聲稱要召喚出壹只怪獸，不料精神寄生獸沙旦畢索莫立刻出現了，嚇得浩壹下丟下了球。我夢見情況不妙，立刻變身為蓋亞·奧特曼對付怪獸。
勉撿回了球，連同好友平間優和理沙觀戰。然而蓋亞剛出現不久就能量不足了，陷入了苦戰，幸而最終還是很快戰勝了怪獸。
蓋亞變回人間體我夢，返回EX，但此時的EX憶被壹大群小朋友圍得水泄不通，大家異口同聲叫我夢“變身”。我夢為逃脫孩子們的追蹤，躲進壹家奧特曼玩具店，又被店老板認出自己的真實身份，我夢才知道自己穿越了時空。勉找到了我夢，告訴他事情的緣由，並讓我夢遙控EX開進自家的倉庫。
我夢用分析儀采集了紅球的數據。勉希望我夢能給他的圖書《格列佛遊記》簽名，但我夢還未來得及簽名就聽到了倉庫外的喊聲，便順手把書放在分析儀上。
此時，警方已經把倉庫包圍，意圖逮捕“國籍不明的空軍飛行員”我夢，勉極力請求停止。就在混亂中，紅球脫手並滾到街上，被浩等人再次拾獲；我夢、EX也莫名其妙地消失了。
回到自己的世界的我夢，偶然回憶起穿越時空的事，於是察看了紅球的數據，得知紅球能滿足人類的任何欲望，但這些欲望的實現已經把多個平行世界毀滅了。我夢意識到勉的世界亦將面臨同樣命運。
與此同時，勉等人到處尋找，終於在學校美術室找到了浩等人，他們正在制作怪獸模型。勉、優向偷偷地拿回紅球，但被浩、亙、耕平三人發現，三人已經被紅球控制了。浩、亙、耕押著勉、優走上天臺。浩利用紅球把模型怪獸歐布猛斯王實體化。
為拯救勉的世界，我夢不顧隊員反對，啟動由自己發明、尚處於研發試驗階段的超時空機器探險號，帶著勉的《格列佛遊記》出發，成功穿越到勉的時空，利用探險號對付歐布猛斯王。後又變身為蓋亞和怪獸對抗。
但被控制的浩不斷許願加強怪獸的能力，蓋亞連連失利。勉撥開了浩手中的紅球，浩等三人控制被解除，但此時優又被控制了。紅球吸收了優的思想力量，使歐布猛斯王分化出了斯休拉和巴吉利斯，更加令蓋亞奧特曼苦不堪言，能量即將耗盡。
歐布猛斯王用紅色波流破壞了學校，把校內五人困在廢墟之上，紅球落在了廢墟裏。勉不顧危險，撿回紅球，試圖許願讓怪獸消失，但無法成功。正在巴吉利斯用光彈炸毀廢墟之際，勉抱緊紅球高喊“光啊”，迪迦·奧特曼和戴拿·奧特曼出乎意料地出現了，被困五人獲救。
迪迦、戴拿聯同蓋亞對付三大怪獸！迪迦被斯休拉引入海洋；戴拿把巴吉利斯逼向太空；蓋亞繼續留在地面對付歐布猛斯王。壹番戰鬥後，蓋亞變為至高型。幾乎在同壹時間，迪迦消滅了斯休拉，戴拿消滅了巴吉利斯，使得歐布猛斯王的腹部、雙翼隨即發生爆炸，元氣大傷，蓋亞用光子流線消滅了他。戰後，三位奧特曼聚首。蓋亞回復人間體我夢，和勉擁抱了在壹起。
大家討論是否要用紅球重建城市，勉表示不可以再依賴球的力量了，寧願讓球永遠消失。這時，我夢告訴勉，理沙和紅球是壹體的。理沙表示支持勉的願望。受她的鼓勵，勉勇敢地對紅球喊“消失吧！”隨後理沙消失，紅球變為藍球飛向空中。我夢把書歸還勉後亦消失了。迪迦、戴拿化成光點，與藍球融合，發出耀眼光芒……
我夢回到了他的世界，勉的世界也恢復了以往的平靜。壹天，勉的班上有新的女同學加入——性格開朗的七瀨理沙。
我夢駕駛著EX飛向藍天，心中默念：“這個世界是不會毀滅的，絕對不會！”