本作の主題歌は、「DREAMS COME TRUE」が本作のために書き下ろした完全オリジナルの楽曲「愛しのライリー」。書き下ろしのオリジナル主題歌はディズニー/ピクサー史上初となる。デビューから26年間、多くの人々の心に響く普遍的な楽曲を作り続けてきた「DREAMS COME TRUE」と、驚きと感動を届け続けてきたディズニー/ピクサーが、特別プロジェクトとして日本版のオリジナル主題歌の制作が実現した。
「愛しのライリー」は、無限に広がる頭の中で、ライリーの幸せを見守る“感情たち”というオリジナリティ溢れる発想と、大人から子どもまで誰もが共感できる本作の普遍的なテーマに共鳴したが「DREAMS COME TRUE」が、ライリーの中にいる“感情”が彼女の幸せを見守る愛を描いた、ライリーへの応援ソングとして制作した楽曲。映像作品の主人公の名前が楽曲のタイトルに入るのは、「DREAMS COME TRUE」史上初のこと。
「DREAMS COME TRUE」の中村正人・吉田美和は、今回の主題歌制作にあたって「“感情”の赴くままに創造の翼を羽ばたかせ生まれた作品が『愛しのライリー』です。日々成長し変わっていくライリーをとりまく全ての感情を愛おしく大切に思う詩とメロディーがあなたの「感情」を揺さぶりますように。」とコメントしている。