Riley sinh ra ở Minnesota. Trong Trung khu não bộ của cô là 5 nhân vật nhân cách hóa của 5 cảm xúc cơ bản: Joy (Vui Vẻ), Anger (Giận Dữ), Disgust (Chán Ghét), Fear (Sợ Hãi) và Sadness (Buồn Bã). 5 nhân vật này đã bước ra cuộc sống và tác động đến hành động của Riley qua một bảng điều khiển. Khi Riley trải nghiệm một điều gì đó, thì các trải nghiệm (experiences) được chuyển thành ký ức (memories), những ký ức này lại được chứa trong những quả cầu màu, và mỗi đêm khi cô ngủ, những quả cầu màu này được đưa vào trong trí nhớ dài hạn (long-term memory) của cô. 5 lõi ký ức quan trọng nhất của cô được chứa trong 5 cái ống; mỗi ống tạo năng lượng cho một mặt trong tính cách của cô và có hình dạng như các hòn đảo ("Island of Personality" (Đảo Tính Cách) bao gồm Family Island (Đảo Gia đình), Honesty Island (Đảo Trung Thực), Hockey Island (Đảo Khúc Côn Cầu), Friendship Island (Đảo Tình Bạn) và Goofball Island (Đảo Ngớ Ngẩn)). Trưởng nhóm tự phong của 5 nhân vật này là Joy (Vui Vẻ), luôn lên kế hoạch làm cho cuộc sống của Riley được vui vẻ. Vì vậy, cô và các cảm xúc khác không hiểu tại sao Sadness (Buồn Bã) lại có mặt nên cô luôn cố gắng ngăn không cho Sadness (Buồn Bã) đến gần bảng điều khiển.

Khi Riley (Kaitlyn Dias thủ vai) lên 11, cô và cha mẹ chuyển đến San Francisco nơi cha cô bắt đầu công việc mới. Những trải nghiệm đầu tiên của Riley ở San Francisco khá tệ: căn nhà mới chật hẹp và cũ kỹ, nhà hàng pizza duy nhất trong thành phố thì chỉ bán pizza nhân bắp cải xanh (broccoli), cha cô thì luôn bị áp lực với công việc mới, và chiếc xe tải chuyển nhà chở đồ đạc của gia đình đi lạc qua Texas phải mất mấy tuần sau mới trở lại San Francisco. Khi Sadness (Buồn Bã) đến chạm vào những ký ức vui vẻ của Riley, biến chúng thành những ký ức buồn bã thì Joy (Vui Vẻ) bảo vệ và ngăn không cho Buồn Bã đến gần. Tuy vậy, vào ngày đi học đầu tiên của Riley, Buồn Bã đã vô tình làm cho Riley khóc trước mặt bạn bè trong lớp và tạo thành một lõi ký ức buồn trong Trung khu não bộ. Hốt hoảng, Vui Vẻ cố loại bỏ lõi ký ức này, nhưng khi giằng co với Buồn Bã thì cô lại vô tình làm rơi những lõi ký ức khác, làm vô hiệu hóa những hòn đảo tính cách của Riley. Rồi cả Vui Vẻ và Buồn Bã cùng các lõi ký ức đã bị hút ra khỏi Trung khu não bộ chuyển vào khu vực nhà kho những ký ức dài hạn rối rắm như một ma trận.

3 cảm xúc còn lại GIận Dữ, Chán Ghét và Sợ Hãi cố gắng duy trì sự vui vẻ của Riley nhưng lại gây ra những kết quả tai hại, làm cho Riley xa cách gia đình, bạn bè và cả những thú vui. Vì vậy những hòn đảo tính cách của cô dần sụp đổ và lần lượt rơi vào Bãi rác ký ức (Memory Dump) nơi các ký ức dần rơi váo quên lãng (Vùng Quên Lãng). Cuối cùng Giận Dữ đã đưa ra ý tưởng là cắm vào bảng điều khiển ý nghĩ khiến Riley muốn quay về Minnesota để tạo ra những lõi ký ức vui vẻ mới.

Khi đang tìm đường trong nhà kho ký ức dài hạn để quay lại Trung khu não bộ, Vui Vẻ và Buồn Bã tình cờ gặp Bing Bong - người bạn tưởng tượng thời thơ ấu của Riley. Bing Bong đề nghị Vui Vẻ và Buồn Bã bắt các chuyến tàu ý nghĩ (train of thought) để quay lại Trung khu Não bộ. Trên đường đến ga tàu, Bing Bong đau khổ khi thấy chiếc xe đẩy tên lửa cầu vồng của mình đang bị đổ xuống Bãi rác Ký ức cùng với các đồ chơi tuổi thơ khác. Cả 3 cuối cùng cũng bắt được tàu nhưng chuyến tàu ý nghĩ không chạy tiếp được khi Riley đi ngủ, và trật đường ray khi Đảo Trung Thực sụp đổ vì Riley lấy cắp thẻ tín dụng của mẹ để mua vé xe buýt về Minnesota. Trong tuyệt vọng, Vui Vẻ và Buồn Bã nhảy lên 1 ống hồi ức để trở về Trung khu não bộ nhưng vùng đất dưới ống sụp đổ, ống gãy, Vui Vẻ và Bing Bong rơi xuống vùng Quên Lãng.

Dưới đáy của vùng Quên Lãng, Vui Vẻ mất hết hy vọng và bắt đầu khóc, nhưng lại chợt nhìn thấy 1 ký ức buồn bã trong 1 trận khúc côn cầu trên băng của Riley đã biến thành 1 ký ức vui vẻ khi cha mẹ của Riley và bạn bè của cô đến an ủi cô. Vui Vẻ cuối cùng đã ngộ ra mục đích của Buồn Bã là làm dấy lên sự thấu cảm ở người khác và nhắc nhở họ đến với Riley khi cô đang thất vọng tràn trề và cần giúp đỡ. Cho nên, khi cố giữ cho Riley khỏi buồn bã thì Vui Vẻ cũng vô tình đã làm cho Riley không cảm nhận được chân hạnh phúc. Vui Vẻ và Bing Bong cố dùng chiếc xe đẩy tên lửa để thoát khỏi vùng Quên Lãng. Sau 2 lần thất bại, Bing Bong đã nhảy ra khỏi xe, tan biến trong vùng Quên Lãng để Vui Vẻ có thể bay lên thoát ra khỏi Bãi rác Ký ức.

Vui Vẻ gặp lại Buồn Bã và trở về Trung khu não bộ, phát hiện thấy rằng ý tưởng của GIận Dữ đã làm vô hiệu hóa bảng điều khiển và khiến cho Riley trở nên vô cảm. Trước sự ngạc nhiên của những cảm xúc khác, Vui Vẻ trao bảng điều khiển cho Buồn Bã để rút ý tưởng của Giận Dữ ra và kích hoạt trở lại bảng điều khiển. Khi Buồn Bã đưa các lõi cảm xúc vào lại bảng điều khiển, làm cho chúng trở nên buồn bã thì Riley quay về nhà với cha mẹ và bật khóc, thú nhận rằng cô nhớ Minnesota và cuộc sống ngày xưa của gia đình ở đó. Cha mẹ của cô an ủi cô và thừa nhận rằng họ cũng rất nhớ Minnesota. Vui Vẻ và Buồn Bã cùng đặt tay vào bảng điều khiển, tạo ra một lõi cảm xúc cay đắng ngọt ngào vui buồn lẫn lộn trong Trung khu não bộ của Riley tạo thành một hòn đảo mới dại diện cho sự chấp nhận cuộc sống ở San Francisco của Riley.

Một năm sau, ở tuổi 12, Riley đã dần quen với ngôi nhà mới, kết bạn mới và trở lại với những thú vui cũ cũng như có thêm những thú vui mới. Bên trong Trung khu não bộ của cô, những cảm xúc của cô hòa hợp với nhau trên một bảng điều khiển mà giờ đây đã mở rộng hơn và có đủ chỗ cho tất cả mọi người.