Barbenheimer contará a história de uma boneca cientista chamada Barbenheimer, que vive em um mundo colorido de festas e praias. Quando ela visita o mundo real e testemunha o tratamento que crianças dão a bonecas, ela decide construir uma bomba nuclear para acabar com tudo.
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Em entrevista ao Hollywood Reporter, o produtor Charles Band disse que o filme terá humor sombrio e um orçamento na casa do milhão: "É uma oportunidade de se divertir com a parceria dos dois filmes e a energia de Barbie e a sobriedade de Oppenheimer. Você mistura os dois e tem uma grande oportunidade de humor sombrio".