모든 사람의 머릿속에 존재하는 감정 컨트롤 본부. 그곳에서 불철주야 열심히 일하는 기쁨, 슬픔, 버럭, 까칠, 소심 다섯 감정들. 정든 옛 동네를 떠나 도시로 이사하는 라일리 가족. 이사 후 새로운 환경에 적응해야 하는 라일리를 위해 그 어느 때 보다 바쁘게 감정의 신호를 보내지만 우연한 실수로 기쁨과 슬픔이 본부를 이탈하게 되자 라일리의 마음 속에 큰 변화가 찾아온다. 라일리가 예전의 모습을 되찾기 위해서는 기쁨과 슬픔이 본부로 돌아가야만 한다. 그러나 엄청난 기억들이 저장되어 있는 머릿속 세계에서 본부까지 가는 길은 험난하기만 한데...