Героиня андерсеновской сказки - прелестная крошечная девочка ростом не более дюйма. Отсюда и необычное имя - Дюймовочка. Малютка появилась на свет из пёстрого тюльпана. Её мать, одинокая женщина, мечтала о ребёнке и обратилась за помощью к местной колдунье. Та продала клиентке волшебное зерно, из которого вырос диковинный цветок. В его чашечке сидела маленькая девчушка. Так бездетная женщина получила долгожданную дочку - красивую и хрупкую.
Дюймовочка живёт счастливо и беззаботно. Мать мастерит ей колыбельку из ореховой скорлупки, вместо матраца - голубые фиалки, а одеяло крошке заменяет ароматный лепесток розы. Днём девочка играет на столе, где для неё обустроен бассейн - широкая тарелка с водой. Малышка рассекает водную гладь на лодке, сделанной из тюльпанного лепестка и поёт весёлые песни. Голосок у неё очаровательный и нежный - заслушаешься! Мама умиляется - уж очень трогательная картина.
Радость маленькой семьи неожиданно обрывается: Дюймовочку похищают. Ночью в открытое окно запрыгивает жаба и уносит скорлупку вместе со спящей девочкой. Она хочет выдать малышку замуж за своего уродливого и глупого сына. Но планам коварного создания не суждено сбыться: стайка рыбок жалеет Дюймовочку и помогает ей сбежать - уплыть от жаб на листе водяной лилии.
Малютка недолго наслаждается свободой: её перехватывает новый "жених" - майский жук. Он уносит девочку на зелёное дерево и знакомит со своими друзьями и родственниками. Но жучки не принимают Дюймовочку, потому что она не соответствует их представлениям о красоте - слишком похожа на человека. Под влиянием общественного мнения, майский жук меняет своё отношение к девчушке - спускает её на землю и улетает прочь. Дюймовочка чувствует себя несчастной и некрасивой, потому что её отвергли.
Всё лето крошка живёт одна, среди травы и цветов, а когда наступают холода, она просит о помощи полевую Мышь. Та оказывается доброй старушкой и пускает бедняжку жить к себе. Девочка помогает хозяйке с домашними делами и развлекает её сказками. Вскоре Мышь надумывает выдать свою подопечную замуж за соседа Крота. Он очень богат, но скуп и скучен. Будучи слепым, Крот равнодушен к красоте окружающего мира и презирает всё, что мило сердцу Дюймовочки - пение птиц, солнечный свет, ароматы цветов. Малютка не хочет становиться женой Крота, но Мышь угрожает ей. Только чудо спасает красавицу от ненавистного брака.
Изображая женихов сказочной героини, Андерсен создаёт яркие и запоминающиеся образы, воплощающие пороки общества. Безобразные жабы олицетворяют алчность, глупость и жестокость. Майский жук - образец ветрености и зависимости от чужого мнения. Крот предстаёт состоятельным и учёным, но духовно мёртвым персонажем. Ему чужды сочувствие, милосердие и щедрость. Приземлённый и ограниченный, Крот не понимает высоких стремлений и благородных порывов.
Дюймовочка обладает не только хорошенькой внешностью, но и такими качествами, как доброта и сострадание. Девочка жалеет брошенного мотылька и заботится о раненой ласточке - поит птичку водой и плетёт для неё тёплое покрывало из былинок. Когда выздоровевшая ласточка предлагает улететь вдвоём в зелёный лес, малышка отказывается - ей жалко бросать старушку-мышь. Этот эпизод говорит о том, что Дюймовочка умеет быть благодарной и не поступает эгоистично.
У девочки развито чувство прекрасного. Она замечает красоту природы и наслаждается ей. Солнечные блики на волнах, нежные лепестки цветов и птичьи трели делают малютку счастливой. Жить в тёмном кротовьем лабиринте и никогда не видеть солнышка для Дюймовочки равносильно смерти. Поэтому крошка не отказывается от второго предложения ласточки и улетает с птицей в тёплые края.
По ходу развития сюжета героиня попадает в разные компании и везде чувствует себя чужой. Сначала она оказывается посреди водной стихии. Жабы внушают ей страх и отвращение - крошка хочет скрыться от похитителей и ей это удаётся.
Затем маленькую красавицу поднимает в воздух майский жук. Галантный ухажёр вводит Дюймовочку в "высшее общество", где высокомерные барышни обсуждают и критикуют её внешность. Девочка покидает жуков, ощущая себя неполноценной и уродливой. Здесь прослеживается параллель со знаменитой сказкой Андерсена "Гадкий утёнок". Её персонаж тоже чувствовал себя безобразным изгоем, попав на птичий двор, где его не принимали и шпыняли из-за необычной наружности.
В подземелье девчушка общается с мышью и кротом. Им нравятся её учтивость, трудолюбие и нежный голосок. Но обитатели нор вершат судьбу героини, не считаясь с её желаниями. Они хотят сделать милую гостью частью своего мира - сытого и безопасного, но тёмного и скучного. Стремясь насильно "причинить добро", благодетели оказываются немногим лучше жаб. Дюймовочка покидает их без сожаления.
Сидя на спине ласточки, девочка вновь попадает в воздушную стихию. Ей радостно, волнительно и интересно. Прилетев в тёплые края, птица сажает Дюймовочку на лепесток крупного белого цветка. Здесь крошка встречается с королём эльфов. Это прекрасное маленькое создание с прозрачными крылышками и золотой короной. Эльф влюбляется в очаровательную незнакомку и она отвечает взаимностью. Жених дарит избраннице драгоценную корону и лёгкие крылья - теперь красавица может порхать подобно бабочке. Юная невеста в восторге. Она получает новое весеннее имя - Майя и становится царицей цветов. Так, после долгих скитаний героиня находит своё место в жизни, обретает любовь и счастье.
Исследователи андерсеновского творчества считают прототипом Дюймовочки Генриетту Вульф - подругу писателя, дочь начальника Морского кадетского корпуса. Генриетта была доброй, умной и чуткой девушкой, но ей нелегко жилось из-за физического недостатка - она была горбуньей карликового роста. Ганс часто переписывался с Генриеттой и ласково называл её "светлым эльфом". Крохотная девочка из волшебной истории во многом похожа на подругу Андерсена - миниатюрный рост, ангельский характер, ощущение одиночества и неприкаянности во враждебном обществе.
Генриетта временно переезжала в солнечную Италию, где чувствовала себя лучше, а сказочная героиня улетала с ласточкой в тёплые края, где её ждали эльфы. К сожалению, судьба маленькой горбуньи сложилась трагично: она погибла при кораблекрушении. Сказочный мир добрее и справедливее - здесь Дюймовочка получает награду за тяжёлые испытания и радуется жизни.