在一家即将倒闭的老旧玩具店里，一个被遗弃的布偶娃娃在百年一遇的月食之夜化为少女。她名叫小偶，拥有与玩具对话的能力，能感知每件玩具被主人遗弃时的悲伤。玩具店老板的儿子阿杰意外发现了她的秘密，两人决定一起修复旧玩具、寻找它们原来的主人，为每一份被遗忘的童年记忆找到归宿。小偶也在寻找自己身世之谜的过程中，渐渐明白了爱与陪伴的真谛。
小偶在月食之夜恢复记忆，原来她曾是百年前一位小女孩最爱的玩具，女孩去世前将她许愿成了人形。阿杰找到女孩的后人，将小偶的故事传承下去。
一只生锈的铁皮青蛙玩具告诉小偶，它的主人是一位老爷爷。小偶找到老爷爷，老爷爷激动地说这是他去世的哥哥亲手做的，两人相拥而泣。
一只断臂的泰迪熊总在深夜哭泣。小偶发现它的主人是一个因车祸失去手臂的小男孩，她将泰迪修复后送回，男孩用仅有的手抱住它，笑容灿烂。
开发商要收购玩具店，阿杰和小偶用玩具们表演了一场神奇的木偶剧，吸引了整条街的居民前来支持。开发商被感动，放弃收购，改为资助店铺翻新。
小偶发现一个八音盒里藏着一首未完成的曲子，她与阿杰合力补全旋律，竟引来了八音盒原主人的灵魂，那是一位已故的音乐家，他感谢两人完成遗作。
阿杰翻出自己婴儿时期的第一件玩具——一只小布虎，小偶触摸后看到了阿杰父母的记忆，原来他们曾因工作错过他的成长。小偶鼓励阿杰主动与父母和解。