Sosuke, un niño de 5 años, vive en lo más alto de un acantilado que da al mar. Una mañana, mientras juega en una playa rocosa que hay bajo su casa, se encuentra con una pececita de colores llamada Ponyo, con la cabeza atascada en un tarro de mermelada. Sosuke la rescata y la guarda en un cubo verde de plástico. Ponyo y Sosuke sienten una fascinación mutua. Él le dice que no se preocupe, que la protegerá y cuidará. Sin embargo, el padre de Ponyo, Fujimoto, que en otros tiempos fue humano y ahora es un hechicero que vive en lo más profundo del océano, la obliga a regresar con él a las profundidades del mar. Ponyo está decidida a convertirse en una niña y regresar con Sosuke, así que escapa. Entonces se desata el caos.