Cô bé người cá Brunhilde đang chạy trốn khỏi vương quốc của cha mình thì bị kẹt vào chiếc lọ thủy tinh, theo sóng dạt vào một bờ biển ở Nhật Bản. Gần bờ biển ấy là một thị trấn nhỏ xinh đẹp, nơi cậu bé 5 tuổi Sousuke đang sống cùng với gia đình. 

Sousuke tình cờ bắt gặp chiếc lọ, cậu đã cứu Brunhilde ra và gọi cô bé là Ponyo. Ponyo yêu mến Sousuke và muốn trở thành con người. Cha Ponyo tìm mọi cách để đưa cô về với biển cả.Ponyo bị nhốt trong lâu đài của cha mình trong khi các chị em khác cố gắng giúp cô thành người. Ponyo quyết tâm đánh cắp bảo bối của cha để thực hiện mơ ước đó, nhưng cô không ngờ rằng chính điều này đã gây ra một tai họa khủng khiếp. Cô bé biến thành người và trốn khỏi lâu đài một lần nữa.