尼尔斯是一个住在瑞典南部的14岁男孩。他不喜欢学习，还总是戏弄小动物。
一天，尼尔斯在家里发现了一个小精灵，并捉弄了它。最后，他被小精灵变成了一个拇指大小的小人。
这时，有一群大雁从天空中飞过，家里的一只雄鹅莫顿也想跟随雁群飞行。尼尔斯为了不让莫顿飞走，就紧紧地抱住了莫顿的脖子，却被莫顿带上了高空。于是，尼尔斯开始了漫长又危险的旅行。
他们跟着雁群飞向拉普兰省。一路上，他们破坏了狐作文狸斯密尔的各种诡计；从强盗山中逃出来；差点被铜像踩扁；用小口哨打败了灰鼠兵团；救出小松鼠；救了绿头鸭雅洛……在这些冒险中，尼尔斯逐渐改正了许多缺点。
夏天过了，雁群要往南飞，尼尔斯知道自己只有照顾好白鹅，才能变回原来的样子。最后，白鹅莫顿带着尼尔斯回到家中。
尼尔斯恢复了原形，却再也听不懂动物的话了。他从一个淘气、不听话的孩子变成了一个勇敢、乐于助人、富有责任感、勤劳、善良和懂事的孩子。