Riley é uma menina de 11 anos, que enfrenta mudanças importantes na sua vida quando os pais decidem ir viver para São Francisco. Dentro do cérebro de Riley, convivem várias emoções: a Alegria, o Medo, a Raiva, a Repulsa e a Tristeza. A líder do grupo é a Alegria, que se esforça para fazer com que a vida de Riley seja sempre feliz. Entretanto, uma confusão no quartel-general do cérebro de Riley faz com que a Alegria e a Tristeza sejam expelidas para fora do local. Agora, precisam percorrer várias ilhas existentes nos pensamentos de Riley para que possam regressar ao centro de controlo – e enquanto isso não acontece a vida da menina muda radicalmente.