李玩12岁，刚升初中，与年老的爷爷奶奶同住。妈妈在她幼年离家，爸爸再婚与后妈生了个弟弟。爸爸忧虑着该怎样告诉李玩新生儿的到来，却意外因学业起了争吵，为此爸爸决定买1只小狗哄劝女儿。喜爱物理学的李玩将小狗取名为“爱因斯坦”，但小狗在1次意外中走丢，李玩为爱因斯坦走丢的事情伤心万分，家里人为此也不安宁。为了安抚李玩，家里人将另外一只同种类的小狗替代爱因斯坦。在一家人的压力下，李玩愈来愈沉默。后妈及新弟弟的加入让李玩感觉自己像个外人，当家里人称呼新到的小狗为“爱因斯坦”，她开始发觉自己不能挣脱成人世界为她织造的谎言。李玩父母离异，爸爸重新组建家庭，并有了1个儿子。李玩虽然调皮，但感情细腻。在自己的宠物犬爱因斯坦丢失后与家里人进行了剧烈的“斗争”，爸爸为此暴打了李玩。但在自己的儿子被狗咬了后，爸爸处理的态度却截然不同，这让李玩心灵得到了非常大的打击。但面对爸爸的威严，最后只能妥协。
狗十三这一部家庭主题的电影揭露了当代中国的两性关系，以深刻的形式呈现了年轻女孩在家里迎来盼望已久的儿子后，复杂的情绪和情感世界。它聚焦中式“爱的教育”，用极为生活化的形式勾画出1个女孩的成长历程。