Thumbelina, cantik tetapi sulit mendapatkan kencan karena tubuhnya hanya seukuran ibu jari, sedang tidur di dalam kulit kenari. Seekor ibu katak melompat ke dalam kamarnya, dan menculiknya untuk dijadikan istri anaknya. Thumbelina terbangun dan mendapatkan dirinya berada di atas bunga bakung di tengah-tengah rawa. Di hadapannya ada seekor katak hijau menjijikkan yang lidahnya selalu terjulur dan saat itu tengahmemandanginya seakan-akan Thumbelina telah menjadi miliknya.
Thumbelina berhasil melarikan diri dari perkawinan itu dengan menggunakan bunga bakung mengarungi sungai. Arus sungai itu membawanya ke arah riam, aliran yang berliku-liku, dankemudian membawanya ke negara lain. Seekor kecoa terbang merendah untuk kemudian menyambar tubuhnya, membawanya ke daerah kekuasaan bangsa kecoa di pepohonan. Kecoa itu tergila-gila padanya, sedangkan Thumbelina merasa jijik.
Dimana-mana ada kecoa! Kecoa lain mencelanya : "Dia hanya memiliki dua kaki! pinggangnya juga kecil sekali!" Cinta sang kecoa akhirnyapudar karena tekanan dari sana-sini, dan dia pun mencampakkan Thumbelina.
Thumbelina berkelana seorang diri di tengah hutan, benaknya dipenuhi keyakinan bahwa dia terlalu jelek bahkan untuk ukuran seekor kecoa. Dia kemudian membuat sebuah tempat untuk tidur, menatanya, dan mencoba belajar untuk hidup sendiri di tempat peraduan kecilnya di tengah hutan yang lebat. Ketika musim dingin tiba, dia hampir mati kedinginan. Untungnya dia menemukan sebuah tempat hangat di lubang kediaman seekor tikus tanah.Thumbelina harus mendongeng untuk tikus tersebut agar boleh tinggal di sana.
Tikus itu mempunyai tetangga yang kaya raya, seekor tikus mondok yang memiliki kediaman yang sangat besar. Dari rumah besarnya ke rumah si tikus tanah, ada sebuah jalan tembus di bawah tanah. Si tikus mondok ini terpana ketika melihat thumbelina.
Tikus tanah sangat gembira; inilah suami ideal untuk gadis manapun! Dia kaya, terpelajar, dan terlihat keren dengan jasnya yang mewah.
Thumbelina tidak mau menikahi seekor tikus mondok. Tapi dia tetap berpacaran dengan tikus itu karena tidak mau melukai perasaannya. Lagipula, dia tidak bisa pergi dari tempat itu hingga musim dingin berakhir.
Pada suatu saat, dia berteman dengan seekor burung layang-layang yang terjebak di jalan tembus di antara rumah tikus tanah dengan tikus mondok. Dia melewati musim dingin dengan merawat burung itu sampai sehat kembali. Semasa itulah keduanya menyadari bahwa banyak terdapat kesamaan di antara mereka-----sama-sama menyukai sinar matahari, musim panas, dan tinggal di atas permukaan tanah.
Saat musim panas tiba, burung layang-layang mengajaknya untuk pergi bersama. Tapi Thumbelina merasa berhutang budi kepada tikus tanah. Jadi dia menghabiskan musim panas sambil menjahit pakaian pengantin yang akan dia pakai pada pesta pernikahannya yang tertunda.
Sehari sebelum hari pernikahannya, Thumbelina pergi keluar untuk melihat matahari yang terakhir kali (tikus mondok melarang melakukan kegiatan apapun di luar rumah). Pada saat itulah burung layang-layang terbang melintas di atasnya. Burung itu tengah menuju ke arah selatan sebagai persiapan menyambut musim dingin. Dia kembali mengajak Thumbelina untuk ikut bersamanya. Kali ini Thumbelina setuju. Dia naik ke atas punggung burung layang-layang dan terbang jauh.
.....ke sebuah tempat yang sangat indah di daerah tropis yang dinaungi langit yang luas dan dihiasi hamparan bunga yang indah. Disinilah Thumbelina bertemu dengan seorang pangeran tampan denganukuran tubuh yang sama dengannya. Pangeran itu tinggal di dalam sebuah bunga. Dia adalah raja dari bangsa peri bunga di tempat tersebut. Dan dia adalah bangsa manusia (yang memiliki sayap).
Thumbelina dan pangeran saling jatuh cinta. Burung layang-layang, yang selama ini diam-diam mencintai Thumbelina, menyadari bahwa kebahagiaan Thumbelina jauh lebih penting dan memilih untuk tetap berteman baik dengannya.
Thumbelina menikah dengan sang pangeran dan mendapatkan sepasang sayap di tubuhnya. Mereka hidup berbahagia selamanya.