年仅10岁的荻野千尋是一个看起来非常普通的四年级小学生，她随父母搬家来到一个陌生的城镇准备开始一个全新的生活。然而，因为途中迷路，她和父母误闯入了一个人类不应该进入的灵异小镇。小镇的主管是当地一家叫“油屋”的澡堂的巫婆：湯婆婆；而“油屋”则是为服侍日本八百万天神洗澡的地方。镇上有一条规定，在镇上凡是没有工作的人，都要被变成猪被吃掉。

千尋的父母由于贪吃，未經過店員容許就隨便觸碰食物，而遭到惩罚变成了猪。千尋为了拯救父母，在汤婆婆的助手「珀」（ハク，台灣上映時譯為「白龍」）的帮助下，进入澡堂，并成功的获得了一份工作。作为代价，她的名字被汤婆婆拿掉了筆劃太多的名字，成了“千”（台灣片中稱為「小千」）。在澡堂工作的过程中，小千从一个娇生惯养，什么活都不会做的小女孩，逐渐成长，变得越来越坚强能干；同时，她善良的品格也开始得到了澡堂中其他的尊重，而她和白龙之间也萌生出一段纯真的感情。

而为了拯救父母和对自己重要的人，面对各种困难和危险，千尋也一次次做出了自己的选择。而影片也随着她的心理变化历程而展开。

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