À l’occasion d’une visite à un ami à l’hôpital pédiatrique Robert Debré à Paris, Momo, un comédien en manque de rôles, fait la rencontre de Michel, le directeur d’une association de clowns bénévoles, qui rend visite aux enfants hospitalisés. Grâce aux encouragements et à la confiance de Michel, Momo se laisse convaincre de jouer un rôle dans la vie de ces enfants. Son défi : les faire rire malgré la maladie. Très rapidement, les enfants tombent sous son charme cartoonesque et Momo fait partie intégrante du service pédiatrique. Avec la complicité de Michel son mentor et de Bénédicte, une infirmière de l’hôpital, Momo va avoir l’idée de mettre en scène un spectacle de cirque au sein de l’hôpital dans lequel chaque enfant aura un rôle déterminant.