Kaksi nuorta tyttöä nimeltään Mei ja Satsuki muuttavat isänsä kanss
a vanhaan taloon asumaan. Talo sijaitsee Japanin maaseudulla ja elokuvan tapahtumapaikkana on 1900-luvun jälkimmäinen puolisko. Tyttöjen äiti ei asu heidän kanssaan, vaan vakavasta sairaudesta johtuen läheisessä sairaalassa. Tytöt ovat todella murheissaan perheensä ikävästä tilanteesta ja muutosta ylipäätään. Elokuva alkaa siten, että tytöt kuljeksivat uudessa talossaan ja sen lähiympäristössä tutkailemassa paikkoja. Eipä aikaakaan, kun heidän ympärillään alkaa tapahtua todella erikoisia asioita.
Pölyhenget
Aivan aluksi tytöt saavat selville, että talo on eräänlaisten pölyhenkien valtaama. Ne liikkuvat talon varjoisissa paikoissa ja jättävät jälkeensä tummaa likaa. Eriskummalliset eläimiä muistuttavat pitkäkorvaiset otukset liikkuvat talon puutarhassa. Eräänä päivänä Mei saa päähänsä seurata näitä ihmeellisiä otuksia metsään, jossa hän kohtaa valtavankokoisen, hassun ja pörröisen harmaanvärisen otuksen asumassa puunrungon sisällä.
Kun Satsuki saapuu paikalle, on tämä ystävälliseltä vaikuttava jättiläisotus kuitenkin ehtinyt kadota. Mei yrittää epätoivoisesti johdattaa perheensä myöhemmin puun luo, mutta hän ei kuitenkaan enää tarkkaan muista, missä kohtaa kyseinen puunrunko sijaitsee. Tyttöjen isä aprikoi tämän hengen, jota Mei on ruvennut kutsumaan Totoroksi, olevan ystävällinen henki, joka tavallaan suojelee metsää ja pitää siitä huolta.
Tutustuminen Totoroon
Eräänä iltana tyttöjen odottaessa isäänsä bussipysäkillä rankkasateessa Totoro ilmestyy heidän eteensä. Tytöt ilahtuvat valtavasti nähdessään Totoron todella olevan oikea olento ja saadessaan tietää, että hän pitää heistä huolta. Lopulta käy niin, että kissanmuotoinen jättiläismäinen bussi huristelee paikalle ja vie Totoron mennessään. Juuri ennen bussin kyytiin hyppäämistään Totoro kuitenkin ojentaa tytöille pikkuisen pussukan, josta löytyy salaperäisiä siemeniä.
Salaperäisten siementen istuttaminen
Keskellä yötä tytöt päättävät istuttaa siemenet ja laulavat niille. Tämä johtaa siihen, että taikasiemenet kasvavat vuoren kokoiseksi jättiläispuuksi ja samalla Totoro ilmestyy paikalle soittamaan musiikkia tyttöjen laulun tahtiin. Aamulla puu on tiessään, mutta siementen tilalle on ilmestynyt pienenpieniä ituja.
Äidin sairauden pitkittyminen
Jonkin ajan päästä tytöt saavat tietää, ettei heidän äitinsä pääsekään kotiutumaan sairaalasta suunnitelmien mukaisesti, vaan että äidin sairaus on pitkittynyt. Tyttöjen isän on tämän vuoksi mentävä sairaalaan katsomaan äitiä ja hän jättää tyttönsä naapureiden huomaan. Tämä saa tytöt allepäin ja riitelemään keskenään. Kinastelun lopputuloksena vihastunut Satsuki poistuu paikalta jättäen Mein aivan yksin. Tämä saa Mein täysin hämmennyksen valtaan, eikä hän keksi muutakaan tekemistä kuin lähteä katsomaan äitiään sairaalaan ja viemään hänelle samalla Totoron siemenistä kasvaneita vihanneksia.
Mei katoaa
Mein huomataan myöhemmin kadonneen, jolloin kaikki kyläläiset ryhtyvät etsimään tyttöä. Joku onnistuu löytämään Mein kengät, joten johtopäätöksenä hänen oletetaan joutuneen myrskyn armoille ja satuttaneen itsensä tai kenties hukkuneen.
Satsuki on epätoivoinen ja palaa Totoron asuttamalle puunrungolle pyytämään apua löytääkseen Mein. Totoro taikoo esille kissanmuotoisen bussin ja Satsuki pääsee yhdessä Totoron kanssa bussin kyytiin etsimään siskoaan. Lopulta hän löytyykin maaseudulta, jonka jälkeen Totoro kuljettaa kissabussilla tytöt äitinsä luokse sairaalaan.
Sairaalassa tytöt huomaavat äitinsä voivan jo paljon paremmin ja parantuneen sitkeästä flunssastaan. He jättävät Totoron vihannekset äitinsä huoneen ikkunalaudalle ja palaavat kotiinsa. Tarina loppuu siten, että tyttöjen äiti palaa kotiin ja Totoro pikkuystävineen pitää heistä kaikista huolta.