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Andy Davis è un bambino che sta giocando con i suoi giocattoli, mentre manca una settimana al trasloco della sua famiglia. Il suo giocattolo preferito è Woody, un pupazzo che rappresenta un cowboy in vecchio stile. Il bambino parla con sua madre dei preparativi per la propria festa di compleAnno (che è stata anticipata per farla prima del trasloco) e poi va a rimettere Woody sul letto della cameretta; dopo che Andy se ne è andato, Woody prende vita e convoca tutti gli altri giocattoli per una riunione. I giocattoli infatti vivono con ansia il compleAnno del bambino poiché hAnno il terrore di essere rimpiazzati da altri nuovi giocattoli. Woody, per tranquillizzare gli amici, manda una pattuglia di soldatini in salotto, dove si nascondono dentro una pianta per spiare la festa comunicando, tramite un walkie-talkie, ciò che viene regalato ad Andy. Tutto sembra andare liscio, ma, ad un tratto, la madre di Andy tira fuori da un armadio un regalo a sorpresa; non si riesce a capire che cosa sia a causa di un bambino che si è messo davanti al capo dei soldatini bloccandogli la visuale. Si fa in tempo a capire solo che Andy sta per rientrare nella camera con i propri amici: tutti i giocattoli ritornano ai loro posti immobilizzandosi, mentre Andy butta Woody giù dal letto, mettendo al suo posto il giocattolo misterioso.

Quando tutti i ragazzini sono usciti dalla stanza, Woody sale sul letto per vedere chi sia il nuovo arrivato: è Buzz Lightyear, un giocattolo spaziale superaccessoriato. Presto Woody si rende conto che Buzz è totalmente ignaro della sua vera natura ed è convinto di essere un vero Space Ranger, la cui astronave (in realtà la scatola che lo conteneva) sarebbe precipitata per sbaglio sulla Terra e necessiterebbe di essere riparata. Tutti i giocattoli rimangono colpiti dalle sue funzioni e accessori, ma Woody vuole far capire, sia a loro che allo stesso Buzz, che lui non è un vero Space Ranger ma solo un giocattolo e che quindi non può certo volare. Buzz accoglie la sfida: apre le ali, si lancia dal letto e comincia a rimbalzare su vari giocattoli nella stanza, dando l'impressione di poterlo fare.

Passano i giorni e Andy preferisce sempre di più Buzz a Woody. Una sera il cowboy viene a sapere che Andy andrà a cena al Pizza Planet e che la madre gli ha concesso di portare con lui solo uno dei suoi giocattoli. Disposto a tutto pur di riconquistare il suo posto d'onore e certo che Andy prenderà Buzz, Woody decide di nascondere il rivale in modo che Andy non lo trovi, ma il suo piano va storto: Woody vorrebbe colpire Buzz facendo girare la lampada per farlo finire sotto la scrivania, ma la spinta impressa è troppo violenta e l'astronauta viene scaraventato fuori dalla finestra della camera finendo nel giardino. Gli altri giocattoli, tranne Bo, Slinky e Rex, (i primi per lealtà nei confronti di Woody, l'ultimo per codardia) si convincono che Woody volesse eliminare il rivale, e si coalizzano per aggredirlo. L'azione viene però interrotta dall'arrivo di Andy che, non trovando Buzz, decide di portare con sé Woody al Pizza Planet, salvandolo. Nel frattempo, lo Space Ranger sbuca da dove era precipitato e riesce a salire sul parafango dell'auto appena prima che parta.

Woody prova a chiarirsi con Buzz, arrivato nel frattempo, ma tra di loro scoppia una rissa e, picchiandosi, i due finiscono fuori dalla macchina, che riparte senza di loro. I due riescono comunque ad arrivare al Pizza Planet intrufolandosi in un furgoncino. Arrivati là, Buzz vede un distributore di giocattoli a forma di astronave e ci salta dentro credendo che sia una vera navicella. All'interno del distributore Buzz fa conoscenza con dei piccoli alieni verdi di gomma. Woody lo raggiunge per evitare che si cacci in altri guai, ma sfortunatamente i due vengono prelevati da Sid Philips, un bambino sadico nonché vicino di casa di Andy che ama distruggere giocattoli per divertimento.

Arrivati a casa di Sid cercano di fuggire dalla stanza del ragazzino, pullulante di esplosivi e di giocattoli modificati o ri-assemblati in forme grottesche. Alla fine riescono ad uscirne, ma si trovano bloccati da Scud, il feroce cane di Sid; per sfuggirgli si separano: Buzz si rifugia in una stanza dove vede su un televisore la pubblicità del giocattolo di Buzz Lightyear, comprendendo finalmente la sua vera natura. Come estremo tentativo di capire la verità, tenta un volo lanciandosi dalla ringhiera delle scale, ma si schianta al suolo rompendosi un braccio. L'essere messo di fronte alla sua vera natura lo getta in una forte depressione.

Nel frattempo Woody, dopo aver recuperato lo Space Ranger, decide di chiamare dalla finestra i suoi vecchi amici giocattoli nella camera di Andy, ormai pronti per il trasloco, per mostrargli che Buzz è ancora vivo ed è con lui. Purtroppo, per un malinteso, i giocattoli di Andy credono che Woody abbia eliminato Buzz facendolo a pezzi (in quanto hAnno scoperto che quello che Woody agitava dalla finestra era solo il braccio rotto di Buzz, il quale non voleva farsi vedere). Woody e Buzz vengono quindi abbandonati a loro stessi.

La stessa sera il cowboy scopre che Sid ha ricevuto per posta un grosso razzo e ha deciso di usarlo per far saltare in aria Buzz, ma fortunatamente scoppia un temporale che costringe il ragazzino a rimandare il lancio. Woody, allora, elabora un piano con i giocattoli di Sid, dopo aver capito che, pur essendo orripilanti, sono di buon cuore, perché si sono avvicinati a Buzz e gli hAnno aggiustato il braccio. Woody, dopo essere sceso in giardino, viene trovato in terra da Sid, che lo pone su un barbecue. Mentre il ragazzino sta per accendere il razzo a cui è legato Buzz, Woody inizia ad animarsi e parlare, minacciando Sid, e così tutti gli altri giocattoli. Il bambino fugge in preda al terrore. Buzz e Woody fuggono dall'abitazione di Sid giusto in tempo per veder partire Andy verso la sua nuova casa, riuscendo a raggiungerlo solo dopo numerose peripezie.

Quello stesso Natale, nella nuova casa, Buzz, Woody e tutti gli altri giocattoli si godono la festività, molto più ottimisti riguardo ai nuovi giocattoli che Andy potrebbe ricevere.