Totto-chan sinh trưởng trong một gia đình hạnh phúc. Mới sáu tuổi, em đã bị đuổi học vì quá năng động và lạ lùng. Mẹ của Totto biết trường bình thường không thể hiểu con mình liền xin cho em vào học tại Tomoe, trường của thầy hiệu trưởng Kobayashi Sosaku. Tomoe có lớp học là những toa tàu cũ, trường rất ít học sinh, ai cũng đặc biệt như Totto và có cả những em khuyết tật. Vượt qua những trở ngại và khác biệt tính cách, các học sinh ở Tomoe hoà hợp với nhau như anh em trong nhà. Thầy Kobayashi luôn tôn trọng học sinh của mình, luôn để chúng tự do phát huy cá tính, khả năng bẩm sinh. Ở Tomoe học sinh thích học môn gì nhất thì cứ tự học môn đó trước và những môn không thích thì học sau cùng, các thầy cô chỉ làm nhiệm vụ hướng dẫn các em khi cần và cho bài tập. Nhà trường còn tổ chức cắm trại, đi du lịch cho các em được mở mang tầm mắt, gần gũi với thiên nhiên. Nhờ sự giáo dục của thầy, học sinh Tomoe đều trở thành những người tốt và thành đạt trong xã hội.