В основу сюжета аниме «Собачье сердце» была положена книга английской писательницы Марии Луизы Раме “Нелло и Патраш”, повествующая о дружбе маленького мальчика с добрым, озорным псом. В небольшой деревне, в доме у деда живет мальчик-сирота Нелло, потерявший своих родителей в раннем детстве. Он отлично рисует и дарит свои рисунки своей подруге Алуа. Но строгий отец девочки не разрешает ей дружить с Нелло, объясняя это тем, что дочь вскоре пойдет учится в школу и ей нужно будет больше времени уделять учебе, чтобы стать достойной невестой.
Алуа является не единственным другом мальчика, у него еще есть верный четвероногий друг Патраш, который повсюду сопровождает Нелло. Когда-то мальчик нашел маленького несчастного избитого пса и взял его к себе домой. Он выходил пса и стал его лучшим другом. Но однажды старый хозяин узнал Патраша и захотел получить его обратно. Нелло и его друзьям предстоит противостоять этому жестокому и циничному человеку, чтобы уберечь любимого пса.