
Un poisson rouge s'éloigne de la maison et flotte sur le dos d'une méduse. Après avoir été coincée dans un bocal de verre, elle dérive vers la rive où elle est libérée par Sousuke, un garçon de cinq ans qui vit avec sa mère Lisa dans une maison près de la mer tandis que son père Koichi travaille sur un bateau de pêche. Après avoir guéri une coupe sur le doigt de Sousuke en le léchant, le poisson rouge est nommé Ponyo par son nouvel ami. Inconnu de Sousuke, Ponyo a déjà un nom et une famille. Son père Fujimoto, un sorcier qui a abandonné son humanité pour vivre sous l'eau, cherche frénétiquement sa fille Brunhilde. Lorsqu'elle est retrouvée et capturée, Ponyo rejette son nom de naissance et déclare qu'elle veut devenir humaine. En utilisant le pouvoir reçu du sang de Sousuke, elle pousse les bras et les jambes et s'échappe encore une fois à la surface. Mais la magie libérée dans l'océan provoque un déséquilibre dans la nature, ce qui fait que la Lune commence à tomber de l'orbite et que les marées deviennent dangereusement plus fortes. Réuni avec Ponyo, Sousuke doit passer un ancien test pour restaurer l'ordre dans le monde et laisser son compagnon vivre comme un humain.