Sosuke (Hiroki Doi) é um garoto de cinco anos que mora em um penhasco, com vista para o Mar Interior. Um dia, ao brincar na praia, encontra Ponyo (Yuria Nara), uma peixinho dourado cuja cabeça está presa em um pote de geleia. Ele salva a peixinho e a coloca em um balde verde. Trata-se de amor à primeira vista, já que Sosuke promete que irá cuidar dela. Só que Fujimoto (Jôji Tokoro), que um dia foi humano e hoje é feiticeiro no fundo do mar, exige que Ponyo retorne às profundezas do oceano. Para ficar ao lado de Sosuke, Ponyo toma a decisão de tornar-se humana.

Chihiro é uma garota de 10 anos que acredita que todo o universo deve atender aos seus caprichos. Ao descobrir que vai se mudar, ela fica furiosa. Na viagem, Chihiro percebe que seu pai se perdeu no caminho para a nova cidade, indo parar defronte um túnel aparentemente sem fim, guardado por uma estranha estátua. Curiosos, os pais de Chihiro decidem entrar no túnel e Chihiro vai com eles. Chegam numa cidade sem nenhum habitante e os pais de Chihiro decidem comer a comida de uma das casas, enquanto a menina passeia. Ela encontra com Haku, garoto que lhe diz para ir embora o mais rápido possível e ao reencontrar seus pais, Chihiro fica surpresa ao ver que eles se transformaram em gigantescos porcos. É o início da jornada de Chihiro por um mundo fantasma, povoado por seres fantásticos, no qual humanos não são bem-vindos.