小学生のサツキと幼いメイは、父と一緒に田植え頃の農村へ引っ越してくる。引越し先の空き家には小さな黒いオバケが沢山住んでいた。それは子供にしか見えず、害もなく、人が住み始めるといつのまにか居なくなるという。
二人は入院している母に、オバケのことを報告する。母がオバケ嫌いであることを心配したが、少しも怖がらずに「自分もオバケに会いたい」と言ってくれる母を見て、二人は母が早く退院して一緒に暮らせることを願う。
サツキが小学校に通う日がやってくると、1人で遊んでいたメイは庭で不思議な生き物を見つける。その生き物を追いかけて森に入ると、そこにはずっと大きな生き物が寝転んでいる。その生き物にメイが名を尋ねると、"トトロ"と答えたようにメイには聞こえた。メイはサツキや父にもトトロを見せようとするが、トトロが寝ていた場所が見つからない。本当にトトロを見たと言い張るメイに、父は「トトロはきっと森の主で、いつでも会えるわけではないのだ」と優しく諭す。
梅雨の季節となったある夜、サツキとメイが森にあるバス停で父の帰りを待っていると、そこにトトロがやって来る。サツキがトトロに傘を貸してやると、トトロはお礼に木の実を渡し、バスの姿をしたネコ（ネコバス）に乗って行ってしまう。二人は木の実を庭にまいたが、なかなか芽が出ない。すると二人はトトロの夢をみる。夢の中で木の実は巨木へと育ち、二人はトトロと共に空を飛ぶ。目が覚めると巨木は消えていたが、かわりに小さな芽が生えていた。それを見た二人は、夢だけど夢ではなかったと大喜びする。
夏となったある日に、二人がトウモロコシを収穫していると、病院から突然の連絡が入る。母が体調を崩してしまい退院が延びるというのだ。不安になったサツキは母が死ぬかもしれないと泣き出し、それを見たメイは1人で病院に向ってしまう。村中でメイを探すが見つからない。途方にくれたサツキがトトロに助けを求めると、トトロがネコバスを呼んでくれる。サツキを乗せたネコバスは風のように走り、道に迷っていたメイを見つける。メイは母にトウモロコシを持って行きたかったという。
ネコバスは二人を病院に連れて行く。そこには元気そうに父と話す母の姿があり、それを見た二人は安心する。母が二人の気配に気づくと、そこにはメイが持ってきたトウモロコシが置かれていた。
