故事的开始，是一个十岁的小女孩，叫千寻。她那天闷闷不乐，因为爸爸妈妈要搬家，新学校还没开始，她已经先讨厌它了。一家三口开车经过一条山路，迷了路。前方出现一座看上去像废弃游乐园的红色拱门。爸妈走进去，被一阵食物的香味吸引，端起摊位上的饭就吃。小千寻拽不住他们。等夕阳一落，灯笼一盏盏亮起来，她回头一看——爸妈竟然变成了两头巨大的猪。
她吓得逃跑，遇到一个少年。他叫白龙。他眼神冷淡，但语气温柔，对她说："你必须找到这里的老板娘汤婆婆，要她给你一份工作，不然你会消失。"——这里是"汤屋"，一个给八百万神明洗澡的神秘澡堂。她吓得手指都在抖，可白龙握住她的手心：你做得到。她照着他说的，在签合同时学会了用最快的方式签下名字。从此她有了一个新名字——千。她原本的"荻野千寻"被汤婆婆收走了。在这个世界里，名字是命脉。一旦你忘记自己的名字，你就回不去了。
她在汤屋里搬煤炭、洗大澡盆、给臭得连河神自己都嫌弃的"腐烂神"刷澡。她的小手被烫，被骂，被人嫌弃，可她依然认认真真地干活。某一天，她偷偷出去找白龙，发现白龙也快忘记自己是谁了——他被汤婆婆操纵，是个连记忆都被偷走的小神。她想起白龙曾经把她从河里救起的事，想起自己小时候掉进一条叫"琥珀川"的河里，是这条河把她托上岸的。她抱住已经变成龙的白龙，对他大喊："你不是白龙，你的真名是赈早见琥珀主，你是琥珀川的河神！"——白龙的眼睛瞬间亮起来，他记起来了。
原来他们小时候就认识。那条名为"琥珀川"的河流后来被人类填平，盖了公寓——那一年小千寻掉进河里，是琥珀川把她送回了岸边。一条河爱过一个孩子，把她记在心里十年，跨过两个世界。她做的每一份脏活、她流的每一滴眼泪，都是在替自己赎回那个童年的名字，也是在替他赎回他自己的来处。
她坐上了那班开往钱婆婆家的、没有回程的小火车。她过得了无数关。最后她在汤婆婆面前认出哪几头猪不是自己的父母，破除了所有诅咒。临走前，白龙送她到那条边界的草地上。他握住她的手，说："你不要回头看，一直往前走。"——她答应他，却忍不住在拱门那里停了一下。她没回头，可她笑了。她知道，他在那一边，看着她。多年以后，她偶尔在城市的地铁里看见水的倒影，会觉得有人轻轻叫过她一声：千。