该剧改编自儿童作家刷刷的同名小说，是以江苏校园为背景，江苏儿童为原型的一部电影。主要讲述了“星星的孩子”莫离转入五（3）班，在班主任
米兰老师和同学们的关心爱护下，通过十点钟之约、风雨中护花、爱的公开课、
向国旗敬礼、友谊的长绳、向日葵之梦等一连串校园生活故事，让爱和阳光照进莫离的心灵，帮助她走出孤独世界、融入温暖的集体，“向日葵中队”的孩子们也从中学会用爱去拥抱人生，共同领悟了成长的真谛的故事。
一个小学在读、名字叫莫离的女孩，不幸患了
孤独症，正面临呆家无学可上的困扰。她的父母心急如焚，四处奔波联系，寻找能够接收她的学校，结果未能如愿。
就在莫离的父母感到失望之时，有一所小学五三班班主任
米兰老师，愿意接收莫离成为她们班的一名学生，并表示倍加关心和帮助莫离。此情此景深深地感动了莫离的父母。
米兰老师在莫离到来之前，将教室里布满了闪耀着晶莹剔透光泽的星星，以其别出心裁的氛围，欢迎莫离正式成为五三班一名学生。莫离来到了五三班教室，同学们给予她长时间的鼓掌欢迎。借助于这个热烈的氛围，班主任米兰老师面带微笑地说 : 天上的星星看起来距离我们很近，但是很遥远，需要用光年计算。莫离就像天上的星星，在我们五三班教室里照耀着星光，莫离就是星星的孩子。
米兰老师表示，莫离同学初到五三班，由于她的情况比较特殊，因此将其课桌安排在讲台旁，并表示莫离可以不交课堂作业、不参加升旗活动，给与莫离自由的空间，希望班级里的同学能给莫离多点宽容和理解。张小西（五三班女生）主动提出要跟莫离同座位，米兰老师欣然同意并称赞张小西是个助人为乐好学生，张小西也获得了全班同学的敬佩，而这也是孤独的莫离需要的环境。然而，张小西不懂得米兰老师所说的“星星的孩子”是什么意思，于是，放学回家她就请教在美术出版社工作的妈妈（孙兰饰）。其妈妈“星星的孩子”通常把自己封闭一个独立的境遇中，不跟别人交流。遇到这样的孩子，不能用歧视的眼光看待，要热心地给予帮助，让星星的孩子成为愿意跟大家一起交流的孩子。
在与莫离相处间，张小西发现莫离喜欢向日葵，还爱绘画向日葵画，于是送给了莫离向日葵花（绢花）作为礼物，与莫离关系拉近。其在门卫的帮助下在校园中栽种了几株向日葵逐渐成为莫离的精神寄托。并为了栽种的向日葵，不顾暴雨倾盆也要呵护好向日葵。
其后在黑板报事件中，莫离嫌班级黑板报的插图不好看，擦掉重新换成了向日葵图画。使得其班级黑板报被评为全校黑板报评比
一等奖。在五三班公开课上，
米兰老师嫌莫离手中抱着的熊宝宝，与整体气氛不协调，安排张小西设法悄悄从莫离手中拿掉，莫离不能理解这样的做法，怒不可遏地将米兰老师推倒在地，使其额头被锐器碰伤流血不止。而米兰老师仍然没有动摇转变莫离地信心，把委屈留给自己，将希望带给莫离。
蓝天白云下，金灿灿的向日葵花漫山遍野地盛开着，此时在学校举行的运动会上，五三班的跳绳表演正在进行。在米兰老师和同学们一次次的动员下，莫离终于鼓足勇气走上前去，和同学们一起参加了跳绳表演。莫离双眸丽若明珠，笑靥如花，纵情欢跳，老师和同学们异口同声地为她加油和喝彩，从此，莫离融入了五三班集体，成功地转变为正常的孩子。与此同时，恢复了常态的莫离，其绘画才能得到充分施展和发挥，并完成了学校委托她创作的大型向日葵画任务，使之成为校园内一道亮丽的风景。张小西的妈妈感觉莫离这幅向日葵画意蕴不俗，富有灵动感，便向编辑推荐，被发表在美术杂志的封面上。得到鼓励的莫离开始了她新的学习生活。
2021年4月29日，以爱和阳光为主题的儿童公益电影《向日葵中队》在
南通市通州区正式开机。
2023年7月12日-18日，南京雨花台区
西善桥街道街道在星凯影城、上影国际西善桥两家影院，为辖区19所学校、幼儿园的孩子们免费放映影片《向日葵中队》。
2023年9月26日，
南京天佑儿童医院联合
江苏省妇女儿童福利基金会开展《向日葵中队》公益电影放映活动。