В киноленте Головоломка повествуется о девочке-школьнице 11-ти лет от роду, которая справляется со своими проблемами при помощи базовых человеческих эмоций – печалька, брезгливости, радости, гнева, страха. Они живут непосредственно в ее юной голове и в принципе можно сказать, что все вышеперечисленные эмоции напрямую контролируют ее поступки, помогая вовремя избавиться от многочисленных проблем, встающих на пути девочки. Однажды Райли и ее близкие решили переехать в другой город. Причем из небольшого и тихого населенного пункта малышка попадает в огромный мегаполис. А так как каждая эмоция считает себя важней других, то в мыслях у Райли возникает самый настоящий хаос, в котором чтобы не сойти с ума девочке предстоит разобраться.