本片是一部将伟大的摇滚乐队披头士的音乐和波普视觉艺术完美结合而成的二维插画风格的动画片，整部片子中共穿插了披头士的15首经典歌曲。影片讲述了披头士成员保罗·麦卡特尼在半梦半醒之间来到花椒国，这是一个讨厌音乐的地方，正遭遇蓝色恶魔的侵略，老船长弗莱德召集披头士成员一同乘坐黄色潜水艇共同保卫花椒国。 披头士音乐贯穿整个影片中：影片开头用George Martin（乔治·马丁，披头士音乐制作人）的弦乐描述祥和的花椒国，接着由Ringo Starr (林格·斯塔尔，披头士鼓手)演唱的“黄色潜水艇”(Yellow Submarine)则象征着花椒人民的朝气蓬勃。然而好景不长，坏蛋蓝心恶魔开始破坏花椒国的快乐与宁静，老船长征召披头士成员“一起来吧”(Come Together)，联手抗击蓝心恶魔，披头士成员装扮成花椒军士在“帕伯军士孤独之心俱乐部乐队”(Sgt Peppers Lonely Heart Club Band)的音乐中击溃了敌人，维护了他们的信念——“你需要的就是爱”（All You Need Is Love），拯救了花椒国。
一辆来自澳洲的淘气小赛车艾斯，参加世界巡回比赛时路过了多多岛。从未离开过多多岛的小火车托马斯听到艾斯游历世界的见闻后，也决定展开自己第一次的全球大冒险！他和新的朋友——来自非洲肯尼亚的女性火车妮亚，一起越过沙漠、丛林还有危险的高山，横跨非洲、南美洲、中美洲、北美洲和亚洲等五大洲，体验前所未见的壮丽景色和异国风情，用友谊、智慧与勇气写下了属于自己成长冒险之旅。