有一位14岁的小男孩，叫尼尔斯，他十分调皮，经常欺负家里养的动物，动物们都躲着他。一次他因捉弄了小狐仙而被变成了一个拇指大小的小人儿，不过他能听懂动物说的话，由于家里的雄鹅莫顿想跟大雁一起走，尼尔斯想留住莫顿，但当他抱住莫顿的脖子时，却被意外带入天空。
在途中，尼尔斯从狐狸斯密儿口中救下了一只大雁。领头雁阿卡被他感动了，决定带他飞往大雁们要去的地方。在这期间，大雁找到小狐仙，求他把尼尔斯变回来，小狐仙告诉大雁，只要把尼尔斯送回家，他就能恢复。
在阿长的帮助下，尼尔斯到达了库拉山，这儿每年都要举行游艺大会。他见识了乌鸦的飞行舞，山兔的表演，大松鸡的啼，马鹿的角斗，大雁的表演……狐狸斯密想报仇，于是，他挑唆乌鸦，让乌鸦挟持了尼尔斯。尼尔斯暗中报告了大雁自己的行踪，并乌鸦杀了，摆脱了狐狸的追杀。后来，尼尔斯想家了，也懂得要关爱动物，珍惜朋友了。一天，阿卡把尼尔斯送回了家。因为尼尔斯的离开，他的父母伤心极了，家里也变得有些萧条和穷困。莫顿也回来了，可不幸被尼尔斯妈妈捉住了，为了救出莫顿，尼尔斯站了出来，而在这一瞬间，他恢复成了本来的样子。
从那以后，尼尔斯变成了一个爱动物，爱父母的好孩子。可是当他目送着雁群离开的时候，心里无比惆怅，似乎在盼望能够再一次变成一个拇指般大小的小人儿，跟随着雁群再一次飞过陆地，飞过海洋，遨游各地。