En un barrio obrero de Filadelfia (Pensilvania) de los años sesenta, un adolescente apodado "Birdy" se hace amigo de su vecino Al Columbato y le cuenta su fascinación por los pájaros y su capacidad de volar. Los dos comienzan a perseguir la afición de Birdy de atrapar palomas y enjaularlas en una gran pajarera de madera que ha construido fuera de la casa de sus padres. Una noche, suben a lo alto de un edificio de una refinería, donde Birdy se cuelga de la cornisa para atrapar a las palomas que se posan en ella. Birdy pierde el control y cae varios pisos, pero aterriza en un montón de arena. Ligeramente aturdido, le dice a Al que durante la caída ha volado. Después de que Birdy sea hospitalizado por heridas leves, sus padres desmontan la pajarera.

Birdy accede a los deseos de Al de emprender otra aventura. Después de comprar un Ford de 1953 y restaurarlo, el padre de Al registra el vehículo. Al lleva a Birdy a un paseo marítimo de Atlantic City, pero son arrestados al día siguiente después de que el Sr. Columbato denuncie el robo del coche. Tras sacar a los chicos de la cárcel, el Sr. Columbato vende el vehículo. Más tarde, Birdy se enfrenta a él, alegando que el coche no era suyo para venderlo, y rechaza una suma de dinero que le ofrecen por principio.

Birdy construye una nueva pajarera en su dormitorio y compra dos canarios. Llama a la hembra Perta y al macho Alfonso en honor a su amigo. Al volver al colegio, Birdy se encuentra con una compañera de clase, Doris Robinson, y Al le anima a pedirle una cita. En el baile de graduación, Birdy baila sin entusiasmo con Doris, dejándola confundida y humillada. Después, Doris le lleva a un lugar apartado, donde Birdy rechaza ligeramente sus avances sexuales. Birdy regresa a su habitación y se acuesta desnudo en la pajarera. En un estado de semiinconsciencia, expresa que quiere morir y volver a nacer como un pájaro. A continuación, se imagina volando como un pájaro por su habitación, por toda la casa y por el barrio.

Al graduarse, Al se alista y Birdy es reclutado por el ejército de los Estados Unidos. Durante la guerra de Vietnam, Birdy es internado en un hospital psiquiátrico tras estar desaparecido en combate durante un mes. Un flashback revela que fue el único superviviente de un accidente de helicóptero. Al está hospitalizado en el mismo centro, con la cara muy vendada por las heridas que sufrió al explotar una bomba. El mayor Weiss, un médico militar, le informa de que, aunque las heridas de Birdy son relativamente leves, no ha hablado desde que lo encontraron. Al habla largo y tendido con Birdy, pero se siente cada vez más frustrado por su falta de respuesta. Entonces se siente eufórico cuando Birdy sonríe ante un chiste que le hace. Weiss descarta la respuesta como un comportamiento disociativo.

Al sospecha que Birdy finge locura para esconderse del mundo, y le expresa que él también desea esconderse debido a sus propias heridas. Birdy responde inesperadamente diciéndole a Al que está "lleno de mierda". Al alerta a Weiss de la respuesta de Birdy, pero cuando llega el médico, Birdy permanece en silencio. Al no ver ningún progreso, Weiss le ordena a Al que se vaya, pero éste empuja al médico a un lado. Después de que Weiss huye, dos camilleros son enviados para someter a Al, quien se defiende de ellos y lleva a Birdy a la azotea del hospital. Birdy se precipita a la cornisa, levanta los brazos y salta por el lado del tejado como si estuviera a punto de volar. Al corre hacia la cornisa y encuentra a Birdy en otro nivel del tejado, perfectamente bien.