影片的主人公是天真而固执的7岁的小女孩劳拉，他们全家刚从乡下搬到城里，因为劳拉的妈妈应邀到一家剧院作大提琴手。劳拉的爸爸边照顾家务边在家里工作。劳拉的小弟弟叫汤米，好奇而冒失，有时顽皮的举止会让人恼怒不已，是一个典型的淘气鬼。劳拉给父母列了张单子，上面写着想念的乡下的一切：那棵葱郁的苹果树，山顶上每天都会留下她足迹的一小片地方，还有她的秋千、草地和野花……突然，劳拉看见楼下的地上躺着汤米的玩具，想到一定是这个冒失鬼又在丢三落四，于是她奔下楼梯去拿那件玩具，匆忙间和邻居家的男孩马克思撞在一起，因为小腿被撞破了，她不得不回家让父亲包扎。这搬进新家的第一天，不仅多了不少怀念的记忆，更给劳拉的身体留下印记。而此时，马克思正将汤米遗失的玩具绑在自己的模型飞机上，然后将飞机放飞，让它稳稳的落在劳拉的屋顶平台。马克思小心的躲在远处，生怕劳拉没发现这个“秘密”。
　　时间很快到了晚上，劳拉在床上辗转难眠，她带着玩具熊和米妮兔到屋顶看星星。当她回到床上再次准备入睡时，却发现周围有些不对劲，她看见一个奇怪的东西正爬上窗子，随即消失在屋顶。劳拉跟了出去，这个像机器猫的小东西发出有趣的声响，在屋顶转来转去。劳拉感到夜空的光线与以往不同，星星很亮还眨着眼睛，劳拉揉揉眼睛，不敢相信眼前的“梦境”。突然一颗周围布满光晕的小星星向地面坠落，直朝劳拉而来。
　　星星落在花园的草丛里，追随而至的劳拉发现星星少了一条腿，她小心翼翼的抱起星星并安慰着它，因为劳拉觉得这颗星星和自己同病相怜，突然来到这陌生的世界而倍感孤独。劳拉将星星带回了家，为拥有自己的星星而感到异常兴奋，她打算不将这秘密告诉任何人。劳拉找到了星星断掉的腿，用石膏重新接好。星星高兴的飞起来，散开它的星尘，奇迹发生了，睡在被子里的玩具熊和米妮兔开始动起来，它们被赋予了生命。
　　劳拉担心星星会和自己一样患上思乡病，但星星很快打消了她的顾虑。劳拉发现妈妈去参加演出竟忘了带琴弓，她拿着琴弓向剧院奔去。由于对周围环境的陌生，劳拉半途中迷路了，幸好星星及时赶到，意想不到的事情发生了，劳拉的星星真的会飞，它将劳拉驮起来朝剧院飞去。劳拉妈妈工作的剧院是一栋气势恢宏的建筑，星星带着劳拉在剧院房顶安全降落。一直跟在他们后面的马克思简直不能相信自己的眼睛，他亲眼目睹星星带着劳拉飞行，然后消失在剧院上空。
　　劳拉趁妈妈打电话时将琴弓放回了琴盒，然后小心翼翼的回到星星身边。劳拉的妈妈看到失而复得的琴弓惊喜万分，毕竟这是她在这家剧院的首次演出。然而此时，劳拉却面临着一次艰难的决断，已经离不开星星的她会让星星离开自己而返回天上的故乡吗？

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