Ibu guru menganggap Totto chan nakal, padahal gadis cilik itu hanya punya rasa ingin tahu yang besar, itulah sebabnya ia gemar berdiri di depan jendela selama pelajaran berlangsung. Karena para guru sudah tidak tahan lagi, akhirnya Totto-chan dikeluarkan dari sekolah.
Mama pun mendaftarkan Totto-chan ke Tomoe Gakuen. Totto chan girang sekali, di sekolah itu para murid belajar di gerbong kereta yang dijadikan kelas. Ia bisa belajar sambil menikmati pemandangan di luar gerbong dan membayangkan sedang melakukan perjalanan. Walaupun belum menyadarinya, Totto chan tidak hanya belajar fisika, berhitung, musik, bahasa, dan lain-lain di sana. Ia juga mendapatkan banyak pelajaran berharga tentang persahabatan, rasa hormat dan menghargai orang lain, serta kebebasan menjadi diri sendiri.