Amélie Poulain (Audrey Tautou) es una joven camarera que vive en París y que tiene una imaginación desbordante. Un día, encuentra una caja con objetos antiguos que pertenecían al antiguo inquilino de su apartamento. Amélie decide devolver la caja a su dueño y ver su reacción. Al ver la felicidad que le provoca, Amélie se propone hacer felices a los demás con pequeños gestos. Así, ayuda a sus vecinos, a sus compañeros de trabajo y a su padre, mientras se divierte con sus ocurrencias. Pero en su búsqueda de la felicidad ajena, Amélie se olvida de la suya propia, hasta que conoce a Nino Quincampoix (Mathieu Kassovitz), un joven coleccionista de fotos que le roba el corazón.

Georges es el típico burgués: presenta un programa literario en televisión y lleva una vida acomodada con su mujer y su hijo adolescente. Pero, empieza a recibir unos paquetes anónimos que contienen cintas de vídeo, grabadas desde la calle, y unos dibujos inquietantes cuyo significado es un misterio. No sabe quién los envía; sin embargo, las secuencias que aparecen en las cintas se hacen cada vez más personales, lo que sugiere que el remitente le conoce desde hace algún tiempo. Georges siente que una amenaza se cierne sobre él y su familia, pero, puesto que no hay evidencias de delito alguno, la policía se niega a ayudarlo.