小女孩莱莉（凯特林·迪亚斯 Kaitlyn Dias 配音）因父亲的工作变动而举家搬迁至旧金山，开始全新的生活。与此同时，莱莉脑中控制喜悦和悲伤两种情感的乐乐（艾米·波勒 Amy Poehler 配音）与忧忧（菲利丝·史密斯 Phyllis Smith 配音）双双被挤出大脑指挥中心，迷失在茫茫脑海中。大脑指挥中心只剩下控制愤怒的怒怒（刘易斯·布莱克 Lewis Black 配音）、控制恐惧的惊惊（比尔·哈德尔 Bill Hader 配音）与控制厌恶的厌厌（敏迪·卡灵 Mindy Kaling 配音），这使原本乐观开朗的莱莉变得愤世嫉俗。乐乐与忧忧要尽快回到大脑指挥中心，让莱莉重拾原本快乐正常的情绪……