伴随着一声婴儿的啼哭，小女孩茉莉来到了这个充满喜怒哀乐的世界，在她头脑中第一个出现的情绪小人是乐乐，控制着指挥中心。
很快，茉莉先后拥有了忧忧、怕怕、厌严和怒怒，拥有了各种各样的情绪和记忆。
慢慢地，茉莉长大了，因为爸爸工作的原因，茉莉一家搬到了旧金山，她失去了熟悉的家，亲密的朋友，友好的同学和热爱的冰球。
在旧金山，茉莉遇到了很多不快，情绪小人乐乐为了茉莉能够开心起来，一直控制着指挥台，想方设法的让茉莉消除负面情绪。
与此同时，忧忧一直在犯错，甚至连它自己也不知道为什么，在茉莉开学第一天自我介绍时，忧忧触碰了茉莉美好记忆的小球，让茉莉变得悲伤，在老师同学面前哭诉她失去的美好。
因为一场意外，乐乐和忧忧被迫离开了大脑总部，开启了一场奇幻冒险的返程之旅。总部失去了乐乐，茉莉的生活变得一团糟糕。
她与爸爸吵架，失去了搞怪岛；打冰球时情绪失控，失去了冰球岛；怀疑朋友有了新的朋友，失去了友谊岛；偷拿妈妈的钱包，失去了诚实岛；最后连家庭岛也摇摇欲坠。
乐乐和忧忧在途中亲眼目睹了小岛的坍塌，这使它们加快了回去的步伐。
它们还遇到了记忆师清理记忆球，原来茉莉人生过去的每一个节点，都会生成一个记忆球，每时每刻，都会有记忆师来收拾已经失去色彩的记忆，被扔到记忆深渊里，深渊里埋葬的是永远都不会被想起的记忆。
就在乐乐迷路的时候，茉莉童年幻想的玩伴冰棒出现了。胆小的冰棒带着乐乐和忧忧去寻找车站。 它们遇到了许多困难，冰棒和乐乐先后掉进了记忆深渊，聪明的乐乐想到用冰棒的火箭逃出去，但是两个人体重太重了，为了能让乐乐顺利出去，冰棒放弃了出去的机会并渐渐消失了，这也是影片中最让我感动的片段。
冰棒的消失和牺牲，也意味着儿时的幻想终有一天会因为现实而在成长过程失去和遗忘。其实，冰棒的消失是必然的。
历经千辛万苦，乐乐和忧忧终于回到了总部。
忧忧利用自己的特点让茉莉通过悲伤来释放情绪冷静下来，也让爸爸妈妈理解女儿的心思。在一家人抱在一起时，家庭岛重建了。
影片最后，所有小岛不仅重建而且扩建了，这意味着茉莉在成长过程中学会和拥有更多为人处世的规则。在失去童年的美好欢乐的同时，也会拥有新的喜怒哀乐。
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