苏珊(朱丽叶·比洛什饰)的丈夫滞留在加拿大蒙特娄大学客座写小说,独留她与七岁的儿子西蒙在巴黎,她是个出色的戏剧教授同时也是木偶剧编剧,正忙着筹备一出改编自中国元曲的剧码《求妻煮海人》,并且担任剧中角色的声音演出。每天忙着工作与大小杂事,对于自己更是自顾不暇的苏珊,只好请在巴黎大学念电影的华裔学生宋芳担任保姆。某天,西蒙发现了一个无人理会的落单红气球,西蒙拉着她穿过巴黎市区的大街小巷,红气球也随着他们的脚步漂浮游荡,时而出现时而消失的红气球仿佛有了生命。宋芳拿出摄影机,以西蒙与红气球为主角,信手拍了一部电影中的电影。转眼露易丝将高中毕业,苏珊希望她回巴黎申请大学,把父母遗留的现居老公寓重新整修让露薏丝搬进来住,但却怎么也无法叫楼下丈夫久未缴房租的友人搬走。就在这些寻常琐事和喜怒哀乐间,红气球偶而驻足,拉长的影子投映在市街各个角落。有时来到苏珊家的窗前,有时飘过塞纳河、圣母院、奥塞美术馆、蒙马特。最终,缓缓飞向天际。。好朋友洋武因病退学,无法参加毕园典礼。与他同在朝阳幼儿园紫罗兰组的康娜(芦田爱菜 饰)、拓实(佐藤瑠生亮 饰)、美琴(本田望结 饰)、俊佑(黑田博之 饰)、优衣(庵原凉香 饰)偷偷溜出幼儿园,从新宿搭上了开往高尾的中央线列车,去寻找他们的好朋友。他们在换乘站不慎和优衣失散,还遭遇了会把人变成玉米的流浪汉大叔(岸部一德 饰)。总之,漫漫的旅途中充满了快乐与艰险,他们纯真的友情也经受着考验。
与此同时,幼儿园和家长方面急作一团,担任紫罗兰组老师的万里(满岛光 饰)从优衣那里得到线索,独自踏上了寻找的旅程……。