Маленькая Эльза, принцесса королевства Эренделл, с детства наделена способностью создавать и контролировать лед. Однажды, во время игры, она случайно использует свою силу на младшей сестре, Анне, из-за чего та начинает замерзать. Только с помощью древней общины троллей королю и королеве удается спасти Анну. Впредь Эльзе запрещено использовать свои силы.

Десять лет спустя их родители погибают в морском путешествии, а еще через три года город готовится к коронации Эльзы. Во время праздника происходит непредвиденное: сила Эльзы выходит из-под контроля, и королевство сковывает вечный лед. В ужасе от произошедшего, Эльза сбегает в неизвестном направлении.

Чтобы спасти сестру, бесстрашная оптимистка Анна объединяется с суровым горцем Кристоффом и его верным оленем Свеном и отправляется в эпическое путешествие, чтобы найти свою сестру Эльзу, чьи ледяные силы заточили королевство Эренделл в вечную зиму. Столкнувшись с невиданно суровыми зимними условиями, мистическими троллями и веселым ожившим снеговиком по имени Олаф, Анна и Кристофф сражаются со стихиями в гонке за спасение королевства.

Со стороны Эльза выглядит уравновешенной, царственной и сдержанной, но на самом деле она живет в страхе, что однажды потеряет контроль над своей силой и снова навредит Анне. Эльза запирается в ледяной башне, которую она сама же и построила, чтобы изолировать себя от контактов с живыми существами. Теперь она замкнута и неприступна, но настоящая сестринская любовь способна растопить даже самое холодное сердце.

Во время исполнения песни «Ведь впервые в этот вечер» в кадре, где открываются ворота, происходит камео Рапунцель и Юджина из мультфильма «Рапунцель: Запутанная история». У Рапунцель короткие каштановые волосы, она одета в пурпурно-розовое платье, а на Юджине - темно-бордовый жилет и коричневый пояс.

Имена персонажей Ганса, Кристоффа, Анны и Свена являются отсылкой к Гансу Христиану Андерсену, автору сказки «Снежной королевы», которая является источником вдохновения для «Холодного сердца». Быстро произнесите их имена по порядку, чтобы понять отсылку.

Чтобы аниматоры могли разработать движения и повадки для персонажа Свена, в анимационную студию привезли живого оленя. Со-режиссер мультфильма Дженнифер Ли сказала, что это был лучший момент для нее во время съемок.

Пока Эренделл покрыт снегом, двое горожан спорят о том, как правильно складывать дрова, корой вверх или вниз. Это отсылка к горячим дебатам в Норвегии (страны в  Скандинавии, где, как предполагается, происходит действие фильма), которые разгорелись в 2013 году после выхода в эфир 12-часовой телепрограммы о дровах. Он включал в себя 8 часов работы живого камина, и в сеть приходили десятки текстов с жалобами на то, как складываются дрова. Жалобы были разделены поровну между людьми, которые были недовольны тем, что кора обращена вверх, и теми, кто жаловался, что кора обращена вниз.

В эпизоде, когда король достает книгу с полки, чтобы выяснить, где найти троллей, книга написана нордическими рунами, происходящими из Скандинавии, из древней культуры которой съемочная группа черпала много вдохновения. Эти руны также легли в основу языка гномов, используемого в серии романов Дж.Р.Р. Толкина «Властелин колец». Карта, выпадающая из книги, также напоминает карту Одинокой горы из «Хоббита».

В ранних версиях проекта гигантский снежный монстр, созданный Эльзой, был многократно увеличенной версией Олафа и постоянно называл его «младшим братом». Но позже было решено, что, хотя это было мило и забавно, но в конечном итоге выглядело немного глупо.