이상한 마을
주인공인 치히로는 부모님과 함께 차를 타고 새로 살 동네로 가고 있습니다. 치히로는 그동안 정들었던 친구들과 헤어지게 되어서 기분이 울적했습니다. 차를 타고 가던 중 치히로의 아빠는 길을 잘못 들게 되고 거침없이 울퉁불퉁한 산길 속으로 들어갑니다. 그러다 길고 어두운 터널을 발견하게 되고 치히로의 가족들은 터널 안으로 들어가게 됩니다. 터널 건너편으로 나온 가족들이 본 광경은 넓은 들판이었습니다. 그렇게 길을 걷다 무언가 맛있는 냄새가 나기 시작하고 치히로의 가족들은 냄새가 나는 곳을 찾기 시작합니다. 냄새가 나는 근원지는 아무도 있지 않는 음식점을 파는 가게들이었고, 치히로의 엄마와 아빠는 돈은 가게 주인이 오면 내도 된다고 하고 음식을 마구 먹기 시작합니다. 하지만, 치히로는 왠지 꺼림칙해서 음식을 먹고 싶지 않았고 혼자 마을을 서성이다가 큰 건물을 발견합니다. 그때, 비슷한 나이 또래인 소년을 만나게 됩니다. 소년은 치히로에게 여긴 오면 안 된다고 얼른 가라고 얘기를 해주자마자 마을은 밤으로 변하기 시작합니다. 소년은 마법을 쓰면서 치히로가 도망칠 수 있게 시간을 벌여줍니다.
돼지가 되어버린 부모님
치히로는 소년의 말을 듣고 부모님을 찾으러 갑니다. 하지만, 부모님이 있었던 자리에는 웬 거대하고 더러운 돼지들이 음식을 마구잡이로 먹고 있었습니다. 치히로는 소스라치게 놀라게 되고 부모님을 부르며 찾아다닙니다. 마을에는 점점 이상한 귀신같은 것들이 생기기 시작하고 치히로는 아까 그 터널로 돌아가려고 하지만 이미 길은 강으로 변해 있었습니다. 게다가 치히로의 몸은 점점 투명해지기 시작하고 치히로는 현실을 부정하고 싶어 하며 이건 꿈이라고 생각합니다. 이때, 아까 그 소년이 치히로의 옆에 나타나고 치히로를 도와줍니다. 그렇게 소년은 치히로를 데리고 아까 본 큰 건물로 몰래 데려갑니다. 그 건물은 온천장이므로, 온갖 잡신들과 요괴들이 들어와서 온천을 즐기는 신들의 온천장이었습니다. 하지만, 인간이 들키지 않고 이곳을 들어가려면 다리를 건너는 사이에 숨을 참아야 했습니다. 그렇게 숨을 참고 천천히 걸어가기 시작하지만, 웬 개구리의 등장으로 치히로는 놀라게 되며 숨을 쉬게 되고 개구리는 바로 사람인 것을 알아차립니다. 소년은 마법으로 개구리를 잠시 기절시키고 둘은 온천장으로 몰래 숨어들어갑니다.
신들의 온천장에서 일하게 된 치히로
소년은 치히로에게 부모님을 찾으려면 이곳에서 일을 해야 한다고 말을 해줍니다. 일을 하지 않으면 이곳을 지배하는 유바바라는 마녀가 동물로 만들어 버린다는 충고를 합니다. 이에 치히로는 자신을 왜 도와주냐고 물어보지만 소년은 치히로에게 "네가 어렸을 때부터 난 널 알았어. 내 이름은 하쿠야"라고 말하고 온천장으로 들어갑니다. 치히로는 가마할아범의 도움과 린의 도움으로 건물 꼭대기에 있는 유바바를 만나러 가게 됩니다. 그렇게 유바바를 만나게 된 치히로는 여기서 일을 하게 해달라고 하지만 유바바는 그런 치히로를 무시하지만 이에 굴하지 않고 치히로는 계속해서 일을 하게 해달라고 말합니다. 유바바는 결국 계약서를 주게 되고 치히로는 자신의 이름을 씁니다. 유바바는 치히로의 이름을 빼앗고 '센'이라는 이름을 치히로에게 줍니다. 그렇게 밤이 지나고 새벽 아침, 하쿠가 치히로를 찾아옵니다. 부모님을 만나게 해 줄 테니 다리로 오라는 말을 합니다. 그렇게 치히로는 돼지들이 많이 있는 곳에 오게 되고 그곳에서 부모님을 외치면서 자신이 꼭 구해주겠다고 말합니다. 하쿠는 치히로에게 진짜 이름이 적힌 것을 보여주며 "센인 척하고 진짜 이름은 숨겨"라고 조언합니다. 그러고 자신은 진짜 이름을 까먹었다고 이야기하고 어젯밤부터 아무것도 먹지 못한 치히로에게 먹을 것을 줍니다. 치히로는 음식을 먹다 보니 점점 눈물이 나오게 되고 결국 모든 것이 힘들고 지친 상황에 오열을 하게 됩니다. 하쿠는 그런 치히로를 따뜻하게 위로해 줍니다.
강의 신이 남긴 선물
다시 밤이 되고 온천장이 분주해지게 되며 센도 어설프지만 일을 열심히 하게 됩니다. 이때, 물을 버리기 위해 창문을 연 센은 비를 맞고 있는 가오나시를 발견합니다. 센은 비를 맞고 있는 가오나시가 안으로 들어올 수 있게 문을 열어놓고 갑니다. 가오나시는 그렇게 온천장으로 들어오게 됩니다. 그날 밤, 거대하고 더럽고 냄새가 고약한 신이 온천장 안으로 들어오게 됩니다. 유바바에 의해 악취가 고약한 오물신을 담당하게 된 센은 탕으로 안내하고 센은 정성껏 그의 목욕을 돕습니다. 그때, 오물신 몸에 무언가 박혀있는 것을 만지게 되고 온천장의 모든 직원들이 힘을 모아 그것을 뽑아냅니다. 그것을 뽑아내자 어마어마한 양의 쓰레기더미들이 나오게 되고 그렇게 몸이 깨끗해진 오물신은 센에게 고맙다고 말을 하고 온천장을 나갑니다. 그 신은 오물신이 아닌 강의 신이었고, 강의 신은 센에게 선물을 남깁니다.
가오나시
모두가 잠든 그날 밤, 가오나시는 사람들이 금화를 좋아하는 것을 보고 금화를 만들어내어 개구리 한 마리를 금화로 유혹하여 자신에게 오게 한 다음 개구리를 잡아먹습니다. 가오나시는 자고 있는 직원들을 모두 깨워 모든 음식을 가져오라고 한 다음 금화를 직원들에게 뿌려줍니다. 직원들은 그런 가오나시를 더 우대하고 떠 받들여줍니다. 한편, 혼자서 잠시 쉬고 있던 센은 용이 어떤 한 무리들에게 쫓기고 있는 것을 봅니다. 센은 그 용이 직감적으로 하쿠라는 것을 알게 되고, 하쿠가 그 무리들에게 공격을 받지 않게 도와줍니다. 하쿠가 유바바에게 가는 것을 보고 센도 하쿠를 돕기 위해 유바바에게 가던 중 아주 거대해진 가오나시를 만나게 됩니다. 가오나시는 센에게 엄청난 양의 금화를 만들어내어 센에게 줍니다. 하지만, 센은 필요 없다며 이를 거절하고 가오나시는 울먹입니다. 센은 곧바로 하쿠한테 가고 가오나시는 센에게 호감적으로 보이려다가 거절당하여 사람들을 잡아먹기 시작합니다. 깜짝 놀란 직원들은 도망치기 시작합니다.
하쿠를 살리려는 센
하쿠를 만나게 된 센은 하쿠가 유바바에 의해 버려질 뻔한 것을 구해주고, 계속해서 센의 등에 붙어있던 종이는 유바바의 쌍둥이 언니인 제니바로 변합니다. 하쿠는 유바바의 명령으로 제니바의 도장을 훔치게 되고 그 때문에 무리들에게 쫓기고 있던 것이었습니다. 그리고 제니바는 그 도장을 훔친 자는 죽게 된다는 말을 합니다. 그때, 제니바가 잠시 방심을 한 틈을 타 하쿠가 정신을 차리게 되고 종이를 부숴버리면서 위기에서 벗어납니다. 어쩌다 가마할아범이 일하는 장소로 오게 되고 센은 강의 신에게 받은 경단을 하쿠에게 먹이자 훔쳐온 도장을 뱉게 됩니다. 하쿠는 용의 모습에서 다시 사람의 모습으로 돌아오게 되지만 하쿠는 아직까지 정신을 잃은 상태였습니다. 센은 하쿠를 살리기 위해 제니바를 직접 찾아가 도장을 돌려주기로 결심합니다. 하지만, 가기 전에 센은 자신 때문에 난동을 부리는 가오나시를 온천장 밖으로 나오게 해야 했습니다. 센은 가오나시에게도 강의 신이 준 경단을 먹으라고 던져주고 그걸 먹은 가오나시는 다시 난동을 부리게 됩니다. 하지만, 가오나시는 서서히 본모습으로 돌아오게 됩니다. 린의 도움으로 기차역까지 오게 된 센은 가마할아범한테 받은 기차표를 사용하여 무사히 기차에 타게 됩니다.
제니바의 집으로 간 센
그렇게 제니바의 집에 도착하게 되고, 제니바는 쌍둥이 동생인 유바바와 달리 착한 마녀였습니다. 센은 제니바에게 도장을 돌려주며 하쿠를 대신하여 사과를 합니다. 제니바는 그런 센을 용서하고 머리끈을 손수 만들어서 센에게 선물로 줍니다. 센은 그렇게 제니바와 시간을 보내다 하쿠가 걱정이 되어 돌아가려고 하는 그때, 용의 모습을 한 하쿠가 센을 데리러 옵니다. 센은 다시 살아난 하쿠를 보며 기뻐하고 제니바에게 안기며 감사하다는 말을 합니다. 그리고 자신의 진짜 이름이 '치히로'라는 것을 알려 줍니다. 이에 제니바는 좋은 이름이라면서 자신의 이름은 소중히 여겨야 한다는 따뜻한 말을 해줍니다. 그렇게 하쿠를 타고 센은 다시 돌아가게 됩니다.
진정한 나를 찾아가는 과정
그렇게 온천장으로 돌아가는 도중 센은 하쿠의 진짜 이름을 기억하게 되고 센은 하쿠에게 자신이 어렸을 때 개천에 빠지게 되었고 그 개천의 이름은 코하쿠였다고 말을 하며, 너의 진짜 이름은 코하쿠라고 이야기를 해줍니다. 하쿠는 그 말을 듣자마자 용의 모습에서 사람으로 변하게 되고, 하쿠는 자신의 진짜 이름을 알게 되었다며 치히로에게 고맙다고 말을 합니다. 하쿠는 치히로와 만났었던 기억들도 기억해 내게 되고 둘은 눈물을 흘리며 더 애틋해집니다. 온천장에 도착한 둘, 이제 치히로에게는 부모님을 찾아 집으로 돌아가는 것만 남았습니다. 유바바는 치히로에게 여기서 이 돼지들 사이에서 너의 부모님을 찾으면 집으로 돌려보내주겠다는 말을 합니다. 하지만, 치히로는 여기에는 우리 부모님이 없다고 말을 합니다. 치히로는 정답을 맞히게 되고 무사히 집으로 돌아갑니다. 하쿠는 치히로를 배웅해 주고 둘은 작별인사를 합니다. 치히로는 하쿠에게 또 만날 수 있냐고 묻고 하쿠는 또 만날 수 있다고 약속한다고 말해줍니다. 이에 하쿠는 절대 뒤를 돌아보면 안 된다는 말을 해주고 치히로와 하쿠는 그렇게 헤어집니다. 치히로는 터널이 있는 곳으로 가는 중 터널 앞에 부모님을 만나게 되고 다시 터널을 건너 차가 있는 곳에 도착하게 됩니다. 치히로는 그렇게 터널을 지나게 되고 터널 저편에서 있었던 일을 모두 잊은 표정으로 터널을 바라봅니다. 하지만 제니바가 선물한 머리끈은 여전히 매고 있었고 부모님과 함께 차를 타고 숲길을 떠나면서 영화는 끝이 납니다.