一个不爱学习、喜欢恶作剧的顽皮小男孩尼尔斯，由于捉弄了一个小精灵，而被变成了拇指一样大的小人儿。
尼尔斯经常虐待家中的小动物。他想从小动物口中得到一些小精灵的线索，找到他，要求他把自己变回原样。但现实并不像他想得这样简单，动物们嘲笑他，讨厌他，欺负他，威胁他，他这一切都是因为尼尔斯从前的所作所为。
尼尔斯渐渐放弃了这一念想。正在这时，几只大雁从天空中飞过，家鹅们越来越动心，有几只家鹅扇着翅膀跃跃欲试。雄鹅决定跟他们一起走，尼尔斯试图把白鹅拦下，但他忘记了他现在是多么多么地弱小无力，一不小心便被白鹅带到了空中。
从这天开始，尼尔斯便一直骑着白鹅跟随一群大雁走南闯北，饱览了祖国的山山水水，旖旎风光，学习了祖国地理历史文化。
但旅行可没有那么容易，尼尔斯途中遭遇了各种阻碍。领头雁瞧不起家鹅，觉得他们又懒又笨，因此尼尔斯也被阿卡嘲笑。在这段经历中，尼尔斯逐驱了灰老鼠，在中途又遭到了狐狸的追杀。渐渐地，尼尔斯认识到了自己的错误，一路上帮助了许许多多人。
到了重返故乡的季节，尼尔斯又跟随大雁一起飞回了家乡。
经过这段神奇的旅行，尼尔斯逐渐改掉了以往的种种坏毛病，变成了一个勇敢、机智、善良、乐于助人的孩子。