Amelie bor i Paris och lever i sin egen lilla värld. Hon arbetar på ett café och hyr en lägenhet. Livet verkar vara OK, men lite tråkigt eftersom hon är väldigt ensam. Men en dag förändras allting... Efter den chockerande nyheten att prinsessan Diana omkommit tappar Amelie en flaska i golvet. Under sökandet av den finner hon ett skrin fyllt av barndomsminnen, som hon bestämmer sig för att hitta ägaren till. I all hemlighet lämnar hon tillbaka asken och ser hur det muntrar upp den nu medelålders mannen. Upplivad av sina framgångar bestämmer sig Amelie för att göra det till sin uppgift att förbättra även andra människors liv. Hon börjar med sina grannar. En dag ser hon hur en ung man, Nino, i jakt på sönderrivna passfoton vid en fotoautomat, tappar sin dagbok. Hon tar upp jakten på honom för att lämna tillbaka albumet och inser under tiden att han är den perfekte för henne. Men hur ska de någonsin hitta varandra?