Film Plankton: The Movie dibuka dengan kegagalan Plankton yang kesekian kalinya dalam mencuri resep rahasia Krabby Patty. Kembali ke Chum Bucket dengan frustrasi, Plankton terkejut mendapati restoran tersebut telah diubah oleh Karen, istri komputer tercintanya, menjadi restoran bertema Meksiko yang sukses dengan banyak pelanggan. Merasa kesal karena Karen tidak sepenuhnya mengikuti visi jahatnya, Plankton dengan nekat membakar tempat itu.
Karen, yang sudah muak dengan Plankton yang tidak pernah mendengarkan idenya, memutuskan untuk mencabut chip empati dari dirinya. Ia kemudian berubah menjadi mech berukuran besar dan memagnetkan seluruh Chum Bucket untuk membangun benteng terbang raksasa dan mengambil alih dunia tanpa Plankton.
Khawatir, Plankton meminta bantuan SpongeBob. SpongeBob menggunakan alat hipnotisnya untuk membuat Plankton memahami sudut pandang Karen. Di sinilah kita mengetahui bahwa Karen awalnya hanyalah kalkulator yang terhubung dengan kentang di cawan petri, ciptaan Plankton semasa kecil. Ia kemudian meningkatkan Karen di Bikini State University, di mana mereka bersama-sama menciptakan pistol pembeku untuk mewujudkan rencana menguasai dunia. Upaya pertama mereka digagalkan oleh seorang anak kecil di pantai yang melemparkan mereka kembali ke laut. Terungkap pula bahwa ucapan Mr. Krabs yang bercanda tentang resep rahasia Krabby Patty sebagai kunci penguasaan dunia menjadi pemicu obsesi Plankton untuk mencuri resep tersebut.
Plankton dan SpongeBob pergi ke universitas dan berhasil menemukan bagian tubuh asli Karen. Plankton menggunakan bagian-bagian ini untuk membuat mech baru dengan tujuan menghancurkan Karen, namun Karen dengan mudah menggabungkannya ke dalam tubuh mech-nya.
Frustrasi dengan ketidakmampuan Plankton untuk bertanggung jawab atas tindakannya, SpongeBob membawanya ke Gal Pals: Sandy, Pearl, dan Mrs. Puff. Mereka memasangkan chip empati Karen ke otak Plankton. Hal ini menyebabkan Plankton mendapatkan pencerahan dan kelimanya menyusup ke pesawat udara Karen.
Karen memutuskan koneksi dengan dirinya yang lain untuk melawan Gal Pals, sementara Plankton berusaha berbaikan dengan Karen. SpongeBob dan Patrick menuju ruang mesin, yang ditenagai oleh kentang, dan memasak semua kentang untuk mengurangi bahan bakar kapal. Karen mencoba menolak upaya Plankton untuk memenangkannya kembali dengan menawarkan resep Krabby Patty, tetapi Plankton mengatakan bahwa Karen adalah resep rahasia yang sebenarnya. Keduanya pun mulai merencanakan pengambilalihan dunia bersama-sama. Namun, Patrick telah memakan semua kentang yang menopang ruang mesin, menyebabkan mech runtuh dan mengembalikan Bikini Bottom ke keadaan semula. Semua orang berusaha menyerang Plankton dan Karen, sampai SpongeBob turun tangan, mengatakan bahwa dia “tertarik dengan kisah cinta yang mengharukan,” yang disetujui semua orang dan mereka pun merayakannya.
