可爱的小女孩莱莉出生在一个平凡的家庭，从小在父母的呵护下长大，脑海中保存着无数美好甜蜜的回忆。

她的头脑中住着五个小伙伴，他们是人类的五种基本情绪：快乐、悲伤、恐惧、厌恶和愤怒。

快乐是莱莉来到这个世界上第一个拥有的情绪小人，莱莉大脑中心的主导。她负责调动其他所有情绪小人，来保证莱莉总是积极乐观，莱莉遇到的每一件事都可以开心圆满的完成。

为了这个目标，悲伤被认为是最大的阻碍，于是快乐总是想各种办法支开悲伤，让她不能靠近大脑的中心操作台。

某天，莱莉随同父母搬到了旧金山，陌生的环境、失落的友情让莱莉无所适从，她的负面情绪逐渐累积，内心美好的世界渐次崩塌。

这时，快乐的一切努力都越来越徒劳。在一场意外中，快乐和悲伤被一起弹射到了长期记忆区。没有了快乐和悲伤，恐惧、厌恶和愤怒手忙脚乱，而莱莉也变得暴躁，烦闷，甚至离家出走。

快乐和悲伤为了尽快回到大脑中心而在莱莉的记忆区内奋力奔跑，但是回归的旅程却并不顺利，在这个过程中，快乐终于明白了悲伤对于莱莉的意义。

最后，被所有人嫌弃的悲伤力挽狂澜，拯救了莱莉，让莱莉正确地认识了环境和自己，成功处理了生活中的危机。