主人公乔万尼是一个贫困家庭的孩子，他要靠努力打工来养活被疾病困扰的妈妈。他的好朋友康佩内拉家境富裕，家中有很多书籍，他常常无私地邀请穷苦的乔万尼去他家一起阅读。有一天上自然科学课，老师拿出了银河的图片让同学们回答，当乔万尼被点到的时候，他明知答案，因为曾经在康佩内拉家一起在书上读过，但他却自卑担心答错而不敢回答，最终被一些同学耻笑。而为了保全乔万尼的面子，康佩内拉也故意对老师提出的问题沉默不答，而被老师和同学误以为连他这样的好学生也不懂。
　　在银河节的那天，乔万尼在路上遭到了同班同学贾奈利的嘲弄。贾奈利随后吆喝同学们前往河边，参加晚上的银河节水灯大会，可是乔万尼却无法参加，因为他还要回家照顾妈妈。
　　终于，他累倒了。于是他躺在山坡顶上休息。过了不知多久时间，他突然他听到一种奇怪的声音，于是睁开眼，意识到自己正在跟康佩内拉乘坐一辆在星际中的银河轨道上行驶的列车中。路途中，他们看见了许多难以置信美丽而又奇异的景象，还看见了许多人在白色的沙子和水晶中发掘化石，还有人捕捉白鹭，并用它们来制造糖果。一切的种种，都仿佛梦境一般的不可思议……
　　他们又遇见了两个孩子与一位青年教师。从他们的交谈中，乔万尼得知刚才他们搭上了一艘撞上冰山而沉没的轮船，所以现在他们才进到这列车里来，隐隐暗示这辆列车的乘客身份其实并不寻常。当列车到达南十字座站的时候，其他乘客都下车了，车厢里只剩下了乔万尼和康佩内拉。两位好朋友相约永不分离。但当列车驶到煤袋星云站的时候，乔万尼才发觉康佩内拉已经离他而去，消失不见了。
　　这时候，乔万尼醒过来了。他到城里头，发现众人聚集在桥头上，才发现原来之前贾奈利不小心从船上掉到河里去，而康佩内拉跳进河里救他。结果贾奈利被安全地救了上来，而康佩内拉却不幸再也没有浮出水面。原来所谓的“银河铁道”，是带领死者灵魂回归天国的哀伤列车……