Детские годы Амели проходят в вымышленном мире и одиночестве. Её нелюдимый отец ошибочно диагностировал ей порок сердца (он уделял ей слишком мало времени, поэтому при проведении ежемесячных медицинских обследований Амели сильно волновалась), и девочке пришлось изучать науки дома, лишившись возможности найти друзей. Мать Амели трагически погибла, когда ей на голову с вершины собора Нотр-Дама свалилась туристка-самоубийца из Канады. В саду семейства Пулен сооружается миниатюрный мавзолей для праха погибшей. Даже там царит игрушечный, сказочный мир.

Став взрослой, Амели покидает отцовский дом. Она работает в кафе «Две Мельницы» на Монмартре, пробует заниматься сексом с мужчинами, но ее попытки «оказываются неубедительными».

Амели весьма изобретательна и умеет находить удовольствие в маленьких повседневных радостях: опускать руку в мешок с фасолью, надламывать чайной ложечкой корочку крем-брюле, пускать «блинчики» по каналу Сен-Мартен.

Но вечером 30 августа её жизнь меняется: совершенно случайно Амели находит в своей комнате тайник с оловянными солдатиками, стеклянными шариками и прочими детскими сокровищами, принадлежавшими неизвестному мальчику, жившему когда-то в ее квартире, теперь уже взрослому пятидесятилетнему мужчине. Нужно вернуть «сокровища» владельцу! И Амели решает для себя: если удавшаяся задумка пробудит в ней какие-нибудь чувства, то она всю жизнь посвятит заботе о счастье других людей; если же нет — тем хуже… В нашем мире такая цель жизни покажется странной… Но не в мире Амели.

И вот она, хоть и с большим трудом, находит владельца этого тайника. Амели с замиранием сердца ждёт его реакции. Сидя за стойкой бара в кафе она слышит его признание, что он счастлив получить такую вот весточку из детства. Решено! Отныне Амели вмешивается в жизнь других людей. После истории с возвратом "сокровищ", она помогает одной из работниц "Двух Мельниц" найти любовь в образе мужчины с диктофоном, возвращает надежду женщине, живущей в одном доме с ней, подделав письмо от покойного мужа. Не забывает она и про своего отца: раз он так до сих пор нигде и не побывал, то пусть его любимый керамический гном побывает! Амели просит знакомую стюардессу фотографировать гнома в разных городах на фоне достопримечательностей и отсылает получившиеся снимки отцу.

Вот тут-то и происходит завязка... Опоздав на поезд, Амели остаётся ночевать в метро, а утром она натыкается на парня, роющегося под одной из фотокабинок. Увидев её, он как будто пугается, а потом, заметив кого-то, бежит за ним. По дороге он теряет книгу. Её-то Амели и находит. В этой книге наклеены смятые и порванные фотографии - очевидно, неудачные фотографии, выброшенные клиентами фотокабинок и подобранные этим чудаком. В альбоме часто встречается фото одного и того же человека. У него как будто мёртвое лицо... Без эмоций... Неживое... Этими мыслями Амели делится со Стеклянным Человеком, одним из жильцов её дома. Вместе они решают разгадать тайну: что за человек изображён на этих странных фотографиях?