Ein Goldfischmädchen wird von seinem Vater, dem Magier Fujimoto, unter Wasser gefangen gehalten. Doch es flieht aus seinem Heim und strandet an der Küste. Dort trifft es den Jungen Sōsuke, der sie Ponyo nennt, und die beiden werden Freunde. Gemeinsam mit seiner Mutter Lisa fahren sie in die Kindertagesstätte, Lisa arbeitet im Altersheim nebenan. Als Sōsuke heimlich zum Wasser geht, holt Ponyos Vater sie wieder zurück. Sōsuke, über den Verlust Ponyos verzweifelt, geht daraufhin zu seiner Mutter, die ihn zu trösten versucht. Doch Ponyo will wieder zu Sōsuke und ein Mensch werden. Weil ihr Vater sie nicht davon abbringen kann, ruft er ihre Mutter, die Meeresgöttin Granmammare. Währenddessen kann Ponyo mit Hilfe ihrer Schwestern fliehen und nutzt die Magie ihres Vaters, um ein Mensch zu werden. Doch dadurch gerät die Welt aus dem Gleichgewicht und es kommt zu immer stärkeren Katastrophen. Als ein Sturm aufzieht, sind Lisa, Sōsuke und Ponyo gemeinsam in Sōsukes Haus. Doch muss Lisa in das Altenheim und nach den Menschen dort sehen, währenddessen werden weite Teile der Insel überschwemmt. Als Granmammare Fujimoto erreicht, gerät bereits der Mond aus seiner Bahn und Satelliten stürzen ab. Sie erklärt ihm, dass Ponyo ein Mensch bleiben könne, wenn sie auf Magie verzichten und dadurch die Weltordnung wiederhergestellt werden würde. Währenddessen brechen Ponyo und Sōsuke, mit Hilfe Ponyos Magie, auf, um Lisa im Sturm zu helfen. Doch in der Überschwemmung nimmt Ponyo wieder ihre Fischform an und beide werden von Fujimoto ins Altenheim gebracht. Dort stellt Granmammare Sōsuke die Frage, ob er Ponyo auch lieben würde, wenn sie ein Fisch oder eine Meerjungfrau wäre. Als er versichert, dass er Ponyo in jeder Form lieben wird, kann sie wieder ihre menschliche Form annehmen. Um das Gleichgewicht der Welt wieder vollkommen herzustellen, verzichtet Ponyo auf ihre Magie. Ponyo lebt von nun an bei Lisa und Sōsuke. Und die Meeresgöttin Granmammare erklärt dem Zauberer Fujimoto, dass sie auf ihre Art und Weise glücklich werden muss.