여느 때처럼 늦은 시간까지 함께 기차놀이를 하던 '별이'와 '달이'는 침대 밑으로 사라진 애완견 '치치'를 찾다가 찬란한 빛의 터널 속으로 빠져들게 된다. 애완견 치치를 만난 별이와 달이는 낯선 세계에 대한 두려움도 곧 사라지고, 평소 꿈꿔왔던 동심과 환상의 세계를 기차를 타고 여행을 하게 된다. 여행을 다니던 어느날, 무지개역 축제를 가면 집으로 돌아갈 수 있는 말을 듣고 하늘을 나는 곤충 기차를 타고 무지개 역으로 향하게 되는데...