אליסה היא ילדה חכמה וסקרנית, חלומותיה לוקחים אותה כל פעם לארצות רחוקות ולעולמות משונים והפוכים. באחד מחלומותיה מבחינה אליסה בארנב לבן שרץ כל הזמן ומתלונן שהוא מאחר. אליסה הסקרנית עוקבת אחריו, הוא חומק אל תוך מערה, אליסה מציצה, מתכופפת ו...נופלת מטה מטה נפילה ארוכה ומשונה עד שהיא נוחתת בלב האדמה. היא מבחינה בדלת לארץ הפלאות, אך היא גדולה מידי מכדי לעבור בה, לשמחתה היא מגלה שיקוי פלאים המכווץ אותה לגודל המתאים, ולאחר שהיא משנה את מידותיה כמה פעמים – היא פורצת בבכי, ודמעותיה הופכות לנהר, שעל מימיו היא נסחפת ביחד עם עוד כמה ציפורים אל חופי ארץ הפלאות.
בארץ הפלאות פוגשת אליסה חתול משונה, שבכל פעם שהוא עונה על שאלותיה הוא רק מבלבל אותה יותר. לפתע מתחיל החתול להיעלם עד שכל מה שנשאר ממנו הוא חיוך...
היא ממשיכה ללכת, ולפתע פוגשת שני יצורים זהים וטורדניים, שמבלבלים אותה עוד יותר, עם כיוונים הפוכים, עם זהויות מתחלפות ועם רעיונות סותרים וחוסר היגיון.
אחר כך מוצאת את עצמה אליסה במסיבת תה משונה אצל הכובען המטורף, אצלו הזמן עצר מלכת, והשעה היא תמיד שעת התה. גם כאן חוגג האי-גיון, מהכובען חוגג לאליסה מסיבת שום-הולדת משוגעת.
המפגש הבא של אליסה הוא עם הזחל, גם פה מגלה אליסה שהדברים הם לא כפי שהם נראים, והזחל משנה את צורתו לגולם ואז לפרפר.
לקראת סוף הסיפור נפגשת אליסה עם מלכת הלבבות האכזרית, המצווה לצבוע את כל הפרחים באדום, ונהנית לערוף את ראשו של כל מי שממרה את פיה. אליסה מוזמנת למשחק קרוקט נגד המלכה, וכאשר מחליטה המלכה לערוף את ראשה כי היא העיזה לנצח במשחק – ניצלת אליסה בדרך נס כי היא פשוט – מתעוררת מהחלום המופלא...
