クリスマス・イブ。クララの家ではパーティーの準備で忙しく、外では凍った運河の上で人々がスケートを楽しんでいる。謎めいたドロッセルマイヤーと、士官学校を卒業したばかりの彼の甥が到着する。ドロッセルマイヤーは招待客に手品を披露し、クララの姉のルイーズとルイーズを慕う３人の男性が踊りだす。ドロッセルマイヤーがクララに贈ったくるみ割り人形（以下、人形）をフリッツが壊してしまうが、ドロッセルマイヤーは魔法のように人形を元通りに直す。

パーティーが終わり、クララが眠りにつくと、夢の中で人形は邪悪なねずみの王様に攻撃される。ねずみの王様がねずみたちを引き連れて現れると人形も勇敢な兵士に変身し、ねずみたちとの戦いに挑む。ねずみの軍隊が勝利し、人形は傷を負ってしまう。ドロッセルマイヤーがその場を収め、クララは人形から姿を変えた甥と二人ロマンティックなパ・ド・ドゥを踊る。

しかし雪が降り始めるなか、ねずみの王様は甥を人形の姿に戻してしまう。居間が魔法にかかり、光り輝く雪片が降る白銀世界に変わっていく。ねずみの王様たちに追われるクララと人形は、ドロッセルマイヤーに救われて、魔法の地へと気球に乗って運ばれていく。一方でねずみの王様は一計を案じる。

魔法の地に到着した。甥はねずみの王様を打ち負かして、壮大な祝祭が始まる。中国、アラビア、ロシア、スペインなど世界中のダンサーたちが様々な踊りを見せる。ドロッセルマイヤーの魔法で美しい庭が現れ、その中でダンサーたちが花のワルツを踊る。最後にクララはこんぺい糖の精となり、王子になった甥とともに美しいパ・ド・ドゥを踊る。

クララは突然、寝室で目覚めた自分に驚く。フリッツとクララは外に出て、雪の中でドロッセルマイヤーとその甥に手を振って別れを告げる。子供たちは不思議な思いに包まれて二人を見送る。