Er schuilt iets jongensachtig in de tienjarige Laure. Het is zomervakantie en ze is net met haar ouders en zusje naar een nieuw adres verhuisd. Omdat niemand daar haar kent, besluit ze impulsief om zichzelf voor te doen als jongen. Ze geeft zichzelf de naam Mickaël en raakt bevriend met Lisa, die er niet aan twijfelt dat Laure een jongen is. Laure begint in feite een dubbelleven te leven: bij haar ouders is ze de tomboy Laure, maar op straat is ze Mickaël, die voetbalt, vecht en op straat spuugt. Maar dat ze over niet al te lange tijd tegen de lamp moet lopen staat vast; na de zomervakantie gaat ze met haar nieuwe vriendjes naar school, waar ze ingeschreven staat als meisje.
Regisseur Céline Sciamma zet in Tomboy op ontwapenende wijze de zoektocht naar (gender)identiteit uiteen. De film wordt nooit te dik aangezet en voelt daardoor ontzettend intiem aan. Terwijl de zomer vordert, wordt het steeds moeilijker voor Laure om haar geheim te bewaren en een balans te vinden tussen deze twee verschillende versies van haar identiteit.