本作は、細胞を擬人化して描き、その斬新かつユニークな設定が大きな話題を呼んだ漫画『はたらく細胞』とスピンオフ作品『はたらく細胞BLACK』の2作品が原作となり、人間の体の中を舞台に繰り広げられる＜世界最小の物語＞が日本映画最大のスケールで描かれる。キャストには赤血球役の永野芽郁、白血球(好中球)役の佐藤健をW主演に加え、人間役で芦田愛菜、阿部サダヲ、加藤清史郎、身体の中で“はたらく”細胞役に、山本耕史、仲里依紗、松本若菜、染谷将太、深田恭子、板垣李光人、加藤諒、マイカピュ、人の健康を脅かす“恐るべき”細菌役に、片岡愛之助、新納慎也、小沢真珠、細胞たち最強の敵にFukase(SEKAI NO OWARI)が決定している。
この度、細胞たちの活躍の場となる2人の人間の体内、それぞれで巻き起こる大騒動！？を映し出した特別映像が解禁となった！
健康で規則正しい生活を送る高校生・漆崎日胡(芦田愛菜)。その体内では、酸素を運ぶ赤血球(永野芽郁)、外部から侵入した細菌と戦う白血球(好中球/佐藤健)、ほかにもキラーT細胞(山本耕史)、NK細胞(仲里依紗)、マクロファージ(松本若菜)、ヘルパーT細胞(染谷将太)、血小板(マイカピュ)たちが、それぞれ体内の健康と命を守るために日夜全力ではたらいている。迫力のアクションシーンから、傷口をふさぐためにうっかり“くっついて”しまう赤血球と白血球のコミカルな姿まで、細胞たちの“活躍”の一端を見ることができる。一方で日胡本人はというと、高校の先輩・武田新(加藤清史郎)に恋をしており、体内ではアドレナリンが急上昇！神経細胞(DJ KOO)がフロアを沸かせるように細胞たちのテンションをアゲアゲにさせ、リオのカーニバルさながらお祭り騒ぎが繰り広げられていく。
不規則不摂生に日々を過ごす日胡の父・茂(阿部サダヲ)の体内は、娘とは打って変わって荒れ果てた世界が広がっている。新米赤血球(板垣李光人)と先輩赤血球(加藤諒)、肝細胞(深田恭子)はブラックな労働環境に疲れ果て嘆く日々。“ピンチ”を迎えた茂の肛門では、外肛門括約筋(一ノ瀬ワタル)が必死に便を食い止めようと奮闘し、騒動に巻き込まれた新米＆先輩赤血球は離れ離れの危機に！？果たしてブラックにはたらかされ続ける細胞たちはどうなってしまうのか、対照的すぎる体内描写も本作の大きな見どころとなっている。
