Di dalam pikiran Riley Andersen, seorang gadis muda, hidup lima emosi yang diwujudkan dalam bentuk karakter: Joy (Kegembiraan), Sadness (Kesedihan), Fear (Ketakutan), Disgust (Jijik), dan Anger (Marah). Setiap pengalaman Riley diubah menjadi kenangan berupa bola berwarna yang dikirim ke memori jangka panjang setiap malam. Lima kenangan inti terpenting membentuk lima pulau mengambang, di mana Joy berperan sebagai pemimpin dan mencoba membatasi pengaruh Sadness, yang dianggapnya hanya menjadi beban.

Saat berusia 11 tahun, Riley pindah dari Minnesota ke San Francisco karena pekerjaan baru ayahnya. Pada hari pertama di sekolah baru, Sadness membuat kenangan- kenangan bahagia Riley menjadi sedih, hingga Riley menangis di depan teman-temannya.

Ini menjadi kenangan inti sedih pertamanya. Joy berusaha menghapus kenangan itu melalui tabung pneumatik, tapi saat berjuang dengan Sadness, kenangan inti lain ikut terjatuh dan pulau-pulau kepribadian pun lumpuh. Akibatnya, Joy, Sadness, dan kenangan inti tersedot keluar dari Markas Besar.

Dengan semua kenangan inti yang hilang dan pulau kepribadian yang runtuh, bisakah Riley menemukan kembali keseimbangan emosinya, atau akankah hidup barunya di San Francisco terus dipenuhi kekacauan perasaan?