主人公小千在父母贪恋美食而误闯看似无人的奇异小镇。当夕阳下镇上的灯笼亮起时，却只见另一个“世界”——一座被废弃的浴场里，充斥着妖魔鬼怪。迷路的父母早已被妖怪变成猪，小千孤零零地与他们分离，被无脸男收留并取了新名字——“千寻”。

　　为寻回父母，千寻决心在浴场找到一份工作。于是，无脸男把她推荐给管家——身材矮小却心思深沉的汤婆婆。汤婆婆是这里的掌权者，逼千寻答下“不准说谎、不准偷懒”的契约后，收去她的真名，强迫她在这座四处漂浮着污垢与魔法的浴场里工作。刚踏入锅炉室，千寻就被一个又高又壮、名叫“锅炉爷爷”的老人喊去生火，谎称自己十五岁;又被扫烟囱的小玲耐心教导工作方法。此间，一只长得像河神样子的怪物游进浴场，全身散发着恶臭与污浊，小千鼓起勇气用温水温柔地为它洗去一身污垢，令其重获新生。

　　镇上发生的每件事都包含着危险与希望：汤婆婆的双胞胎儿子——小玲和小里——表面冷漠内心温暖，无脸男渴望交流却被歧视，锅炉爷爷藏着对未来的担忧。当千寻得知父母即将被宰杀的噩耗，她怒火中烧，找到白龙——原是汤婆婆的孙子，因偷取长生不老丸而被变成一条白龙。两人联手潜入汤婆婆的房间，几经波折，最终双双逃出镇子。

　　行至一处车站，白龙在千寻面前现出原形——一个温柔少年。车站对面，小玲和小里站在离别的分岔口送行。千寻决定不忘记这里发生的一切，经历种种磨难后，她成长为一个勇敢、善良、坚韧的少女。最终，她和父母重逢，一家人回到属于自己的城市，那座灯火通明的小镇永远隐藏在时间与记忆的背后……