Nils Holgersson ma czternaście lat. Mieszka wraz z rodzicami we wsi Vestvemmenhӧg na południu Szwecji. Jest wysoki, szczupły i piegowaty, ma włosy koloru lnu. W okolicy słynie ze swej złośliwości oraz okrucieństwa względem zwierząt. To leń i psotnik, jest krnąbrny, stroni od nauki. Zajmuje się pasaniem gęsi. Jedyne osoby, o których ciepło się wyraża to Aza i Mats. Rodziców nie szanuje, wciąż przysparza im zmartwień. Za okrutne potraktowanie krasnoludka sam zostaje zamieniony w skrzata. Jako Paluszek przemierza Szwecję wraz ze stadem dzikich gęsi i gąsiorem swoich rodziców. Podróż umożliwia mu nie tylko poznanie ojczystych ziem, ale przede wszystkim – wewnętrzną przemianę. Paluszek pomaga napotkanym ludziom i zwierzętom, poznaje prawa rządzące światem przyrody, uczy się szacunku do wszystkiego, co go otacza, oraz odpowiedzialności za przyjaciół. Staje się altruistą, który potrafi przedłożyć cudze dobro nad własne, dzięki czemu odzyskuje ludzką postać.
Państwo Holgersson są rodzicami Nilsa. To ludzie prości, ubodzy, ale uczciwi, dumni i pracowici. Martwi ich zachowanie syna, który każdego dnia przysparza im nowych zmartwień. Popadają w długi, ponieważ pan Holger daje poręczenie bratu, a koń, którego kupuje, okazuje się kulawy. Małżeństwo rozważa sprzedaż gospodarstwa, jednak martwi się o syna, który nie będzie miał gdzie wrócić. Choć podejrzewają chłopca o kradzież gąsiora i ucieczkę z domu, nie przestają go kochać i oczekują jego powrotu.
Marcin jest rocznym gąsiorem urodzonym w Skanӧr i od jesieni należącym do państwa Holgerssonów. Wygląda okazale, ma lśniące białe pióra. To ptak ciekawy świata do tego stopnia, że decyduje się ruszyć w podróż z dzikimi gęśmi. Mimo iż jest dużo od nich słabszy, nie ustaje w drodze, dając dowód swojemu uporowi i wytrwałości. Zyskuje uznanie dzikich ptaków, które przyjmują go do stada. Okazuje się wspaniałym i wiernym przyjacielem. W podróży poznaje gąskę Miluchnę, która zostaje jego żoną i matką jego piskląt.
Akka z Kebnekajse ma ponad sto lat. Jest przewodniczką stada dzikich gęsi, pełni także funkcję mentorki – doradza ptakom w kwestii wysiadywania jaj i opieki nad pisklętami. Gardzi gęśmi domowymi, dlatego Marcinowi tak bardzo zależy na jej uznaniu. Jest gęsią bardzo mądrą, rozsądną i przewidującą. Cieszy się powszechnym szacunkiem innych zwierząt, które często proszą ją o radę. Wychowała orła, traktowała go jak syna. Miłością obdarza także Paluszka, o którego dba jak o pozostałych członków stada.
Yksi, Kaksi, Kolme, Nelie, Isi, Kusi i sześć młodych gęsi – stado, którego przewodniczką jest Akka.
Aza i Mats Assarsson są rodzeństwem przemierzającym Szwecję w poszukiwaniu ojca. Przed laty ich ubodzy, ale życzliwi innym rodzice przyjęli pod swój dach chorą kobietę, na którą Cyganka miała rzucić urok. Nie wygnali jej, mimo że i im groziła klątwa. Kobieta umarła, a gruźlicą zaraziła dwoje z czworga rodzeństwa. Po śmierci dzieci bliski szaleństwa ojciec opuścił rodzinę i wkrótce słuch o nim zaginął. Matka tułała się po kraju z Azą i Matsem w poszukiwaniu pracy. Wkrótce i ona zmarła.
Aza ma trzynaście lat, jest cicha i poważna. O rok młodszego Matsa cechują gadatliwość i wesołe usposobienie.
To dzieci pracowite i wytrwale, które potrafią same o siebie zadbać. Są dumne i honorowe, nigdy nie zniżyłyby się do żebrania. Ciężko pracują. Pasą gęsi, Aza przyrządza lekarstwo na kaszel, Mats rzeźbi zabawki z drewna, pomaga też ludziom w załatwianiu interesów. Jest na tyle godny zaufania, że powierza mu się do przeniesienia całkiem spore sumy. W podróży przez Szwecję pomagają im dobrzy ludzie – udzielają schronienia, karmią. Dzieci edukują napotkanych ludzi w zakresie higieny niezbędnej, by ustrzec się przed chorobami. Mats umiera na skutek urazów, których doznał w czasie kopalnianego odstrzału. Kochająca siostra przeznacza oszczędności na uroczysty pogrzeb chłopca. Dziewczynka nie ustaje w podróży. Dzięki wytrwałości i odwadze odnajduje ojca.
Jon Assarsson to ojciec Azy i Matsa. Po śmierci dwojga dzieci przeżywa załamanie nerwowe. Porzuca rodzinę i wędruje na północ, do Laponii. Zostaje robotnikiem w kopalni. Unika wszelkich kontaktów z dziećmi. Postrzegany jest jako dziwak. Wzbogaca się dzięki odkryciu złóż i założeniu kopalni. Wraz z córką odwiedza rodziców Nilsa i oferuje im wsparcie finansowe.
Klemens Larsson jest starym skrzypkiem pochodzącym z Hälsinglandu. W Skansen daje koncerty muzyki ludowej oraz stróżuje w muzeum. Tęskni za rodzinnymi stronami, jednak sytuacja finansowa zmusza go do pozostania w Skansen. Pomny słów matki obawia się zemsty uwięzionego krasnoludka. Odkupuje Paluszka od rybaka za 20 koron. Traktuje go serdecznie, obiecuje zwrócić wolność. Z królem rozmawia o Sztokholmie. Tak bardzo chce o spotkaniu z władcą opowiedzieć w rodzinnej wsi, że rezygnuje z pracy w muzeum.
Mykita - lis z Blekinge, odważny rabuś, który często zakrada się do ludzkich siedzib, skąd porywa kury oraz gęsi. Przechytrzony przez Paluszka, poprzysięga zemstę. Wytrwale podąża za stadem, wykorzystując każdą okazję, by upolować chłopca. Okazuje się niezwykle sprytny - potrafi posłużyć się podstępem, wykorzystać inne zwierzęta (wydrę, kunę, wrony) do realizacji własnych celów. Za zabicie gęsi w czasie spotkania zwierząt na górze Kulla zostaje skazany na wygnanie z kraju i naznaczony poprzez odgryzienie kawałka ucha. Przez Paluszka trafia do ludzkiej niewoli. Malec jednak nie pozostawia go w tym nieszczęściu. Dzięki radzie chłopca Mykita trafia na wyspę, gdzie wcześniej wytępiono wszystkie lisy. Odzyskuje więc wolność, ale nie może już zagrozić stadu.
Gorgo – orzeł osierocony przez rodziców i wychowany przez Akkę. Początkowo myśli, że jest dziką gęsią. Gdy pojmuje, że jest orłem, rozpoczyna samotne życie drapieżnika. Nie poluje na gęsi. Schwytany przez ludzi trafia do woliery w Skansen. Zostaje uwolniony przez Paluszka. To ptak niezwykle odważny, dumny i nieugięty. Lęka się jedynie swej opiekunki, z której zdaniem zawsze się liczy.
Bataki to mądry kruk, który doskonale zna Szwecję, jej mieszkańców, ich obyczaje. Rozumie język ludzi, przez których kilkukrotnie został schwytany. Jest dociekliwy, honorowy i pomocny. Przyjaźni się z Akką, staje się także towarzyszem Paluszka i jego przewodnikiem po Szwecji.
Lekkopuszka zwana Miluchną jest śliczną dziką gęsią o miękkim, białym upierzeniu. To ulubienica rodziców znienawidzona przez siostry, które doprowadzają do wypadku. W jego wyniku gąska ma zwichnięte skrzydło i nie może latać. Pozostawiona przez rodzinę, zostaje uratowana od śmierci głodowej przez Marcina. Paluszek natomiast nastawia jej skrzydło. Jako narzeczona, a potem żona Marcina staje się członkiem stada Akki. To ptak o łagodnym usposobieniu, niezwykle wdzięczny. Jej prośbom nie sposób się oprzeć. Budzi powszechną sympatię.
Na kartach powieści pojawia się wielu bohaterów zwierzęcych, którym autorka nadaje imiona. Są wśród nich m.in. sowa Płomiennooka, posiadaczka czarodziejskiego rogu do wabienia szczurów, łoś Szaraczek przyjaźniący się z psem Karo, zazdrosne siostry Miluchny - Złotooka i Pięknopiórka, mściwy wąż Niezawada, przywódca stada wron Pędziwiatr, skarżący się na wszystko bocian Klekot, oswojony przez ludzi kaczor Jarro i wiele innych.
Liczni są także bohaterowie reprezentujący świat ludzi. Czytelnik, towarzysząc Paluszkowi w podróży, poznaje mieszkańców kolejnych szwedzkich krain – prostych wieśniaków, robotników, studentów, właścicieli ziemskich, żebraków, pasterzy… Na szczególną uwagę zasługuje pisarka, którą Nils poznaje w posiadłości Marbacka. Kobieta wraca po latach do miejsca, w którym przyszła na świat, aby szukać natchnienia do pracy twórczej. Ma bowiem napisać podręcznik szkolny o Szwecji. Chce opisać nie tylko geografię kraju, ale również dawne życie wiejskie, które doskonale pamięta mimo lat spędzonych w mieście. Pierwowzorem postaci jest oczywiście autorka „Cudownej podróży” – Selma Lagerlöf.