故事發生在戰後昭和年代的日本鄉下。大學教師草壁達郎帶著兩個女兒——十歲的姐姐小月（皋月/Satsuki）和四歲的妹妹小梅（Mei）——從東京搬到一座靠近醫院的老木屋。搬家的原因並不是什麼田園生活的情懷，而是母親康子因病長期住院，父親想讓女兒們能離媽媽近一些，同時也能呼吸鄉下新鮮的空氣。
影片整整 86 分鐘幾乎沒有”反派”，也沒有激烈的衝突，通篇講的就是兩個孩子和鄰居——一隻住在森林深處的大生靈——之間的相遇。
搬進新家：小黑球的騷動
小月和小梅跟著父親搬入新家的那天，整座老房子透著一種年久失修的陰森氣。廚房昏暗，樓梯吱呀作響。姐妹倆在走廊和天花板之間的小縫隙裡發現了一種奇怪的黑色小精靈——一團一團圓滾滾、長著兩隻亮眼睛的黑煤球，它們見到光就會迅速鑽到陰影裡躲起來。
姐妹倆跑去告訴父親，父親只是笑著說這是”まっくろくろすけ”（意為”黑漆漆的小煤球”）。鄰居的勘太奶奶告訴她們，這種小精靈叫”煤炭精靈”，它們只會在無人居住的老房子裡聚集，一旦家裡有了人氣和笑聲，它們就會慢慢搬走。果然，姐妹倆和父親在新家裡大聲嬉鬧了幾天後，某個黃昏她們真的看到一大群煤炭精靈從屋頂縫隙裡集體飛起，遷到別的森林去了。
這是全片第一次提示觀眾：這座新家和身旁那片樟樹森林裡，住著”別的東西”。
小梅與大龍貓的相遇
搬來沒幾天，父親埋頭寫論文，小月去上學，留下四歲的小梅一個人在院子裡玩。她發現自己身邊突然出現了兩隻神秘的小生物——一大一小，一隻半透明的白色，一隻小小的藍色，抱著袋子蹦蹦跳跳地穿過草叢。小梅提著水桶追了上去，一路追進院子後面那棵巨大的樟樹下。
她被一條樹洞長廊吸引進去，滾啊滾，掉進了一個鋪滿柔軟絨毛的洞穴。在那裡，她第一次見到了”龍貓”——一隻體型比她大十幾倍的灰毛大生靈，正呼呼大睡，胸口隨著呼吸一起一伏，鼾聲像低沉的風吹過林梢。小梅毫不害怕，爬到它肚子上，揪它鼻子，還學著它叫了一聲”托——托——羅”（トトロ），大生靈睜開迷糊的眼睛也回了她一聲”TOTORO”——從此這隻森林的守護神在她們家裡就有了名字。
小梅睡著之後被父親和姐姐在樟樹根下找到。她堅信自己真的見到了”龍貓”，父親沒有嘲笑她，反而帶著兩個女兒走到樟樹前鄭重道謝：“這是森林之神，它願意讓你看見它是好事。“
雨夜的公車站
幾週之後，某個黃昏突降大雨。小月帶著小梅去等父親下班的公車，可是左等右等父親都沒來。天越來越黑，小梅在姐姐背上累得睡著了。就在小月打著一把僅剩的雨傘苦苦等待時，一個又大又毛茸茸的影子悄無聲息地站到了她身邊。
那是龍貓。它頭頂著一片荷葉擋雨，小月猶豫了一下，把自家的另一把傘遞了上去。龍貓頭一次見識到”傘”這種工具，先是緊張地僵住，緊接著一滴巨大的雨珠”砰”地從頭頂荷葉滑落到傘面上，它興奮得蹦起來，落下的雨水把樹上所有的水珠一口氣震下來，把小月笑得前仰後合。
不久，遠處林間駛來一輛只有她們能看見的古怪車——那是一隻巨大的、貓模樣的多腳公交車，黃色的大燈是它自己的眼睛。龍貓跳上貓巴士，留給姐妹倆一個用樹葉包著的小包裹，車子呼嘯著穿林而去。小月打開包裹，裡面是一把橡子種子。
森林裡的夜之舞
回到家中，姐妹倆把龍貓送的種子悉心埋進了院子裡。幾天過去，種子毫無動靜。某個月光如晝的深夜，她們被一陣奇怪的聲響驚醒，跑到院子裡一看——三隻龍貓（大龍貓、中龍貓、小龍貓）正圍著她們埋種子的地方，伸出手做著奇特的祈禱手勢。
姐妹倆跟著它們一起做手勢，腳下的泥土突然開始震動，無數細小的嫩芽鑽了出來，迅速長大，一瞬間拔節變成一棵遮天蔽日的參天大樹。姐妹倆歡呼雀躍，跟著龍貓爬上它的肚子，坐在它胸前一起衝上了樹梢。
龍貓拿出一枚陀螺狀的大葉片，跳上去帶著她們在夜空中飛翔。她們俯瞰自家的田野、村莊、遠處的山巒，最後降落在一棵大樹的枝頭，三隻龍貓吹起了小小的土陶壎，姐妹倆在夜空下聽得入迷，一直到睡著。
第二天清晨醒來，她們發現自己在臥室裡，窗外的大樹不見了，但那一片埋種子的地上，真的冒出了小小的、剛破土的綠芽——那個夜晚不是夢。
電報與小梅的出走
夏天漸漸過去，姐妹倆一直盼望著母親康子出院。然而某天學校收到一封加急電報：母親的病情又有了反覆，本該回家的週末計劃要推遲。小月接過電報時強裝鎮定，但小梅看出了她的難過。
到了家，姐妹倆為此起了爭執。小梅執拗地要自己走去醫院看媽媽，小月煩躁地衝妹妹大吼：“你知道走路要走多遠嗎！“小梅嘴一癟哭著跑開了。
等小月做完飯回過神，發現妹妹不見了。她在田野裡拼命找，只在田埂上看到小梅掉落的一隻涼鞋——村裡的人們以為小梅可能掉進了池塘，打撈上來的鞋子讓小月心如刀絞。但她仔細一看，那隻鞋不是小梅的。
走投無路的小月跑向森林深處的樟樹，哭著喊道：“龍貓！求求你，幫我找小梅！“
貓巴士與玉米
大龍貓出現了。它輕輕一揮手，一陣怪異的風聲之後，貓巴士從空中降臨，它的目的地螢幕上立刻亮起一行字——“小梅”。
小月跳上貓巴士，貓巴士邁著十二條腿穿過稻田、山坡、電線杆，最後在一尊路邊地藏菩薩像前停下。小梅就蜷縮坐在那兒，手裡緊緊抱著一根寫著”給媽媽”（おかあさんへ）的玉米——那是她為生病的母親偷偷帶去的禮物。姐妹倆緊緊抱在一起，小月哭著責備自己沒照顧好妹妹。
貓巴士並沒有就此把她們送回家。它的目的地螢幕再一次切換，這一次寫著”七國山醫院”——也就是媽媽住院的地方。貓巴士一路狂奔送姐妹倆到了醫院窗外的大樹上。
她們從樹枝上看到父親正和母親在病房裡聊天，母親的氣色比之前看起來好多了，他們倆還聊到孩子們。小月和小梅原本想下去見媽媽，但在聽到父母聊的都是安心的話題後，心裡踏實了。小梅把那根刻著”給媽媽”的玉米輕輕放到窗臺上，然後兩人悄悄和貓巴士一起離去。
片尾畫面裡，母親發現了窗臺上那根帶著露水的玉米，看到上面歪歪扭扭刻著的字，笑著對丈夫說：“小梅寫的字還真是個孩子氣。“遠處的兩個孩子從樹上揮手告別，貓巴士載著她們消失在夕陽裡。
影片結尾的連環畫式插畫告訴觀眾：幾個月後，母親康復出院回家了。兩個孩子和鄰居阿婆、左鄰右舍一起在院子裡迎接她歸來，再沒有和森林裡的大生靈見面——片尾曲輕輕響起，那隻”鄰居的龍貓”永遠留在了那個夏天的樟樹林裡。
一個關於童年的夏天
《龍貓》沒有反派，也沒有驚心動魄的戲劇衝突。它講的是兩個姐妹在母親生病那年搬到鄉下度過的一個夏天，以及她們在最無助的時候遇到的那位森林鄰居。宮崎駿用 86 分鐘還原了童年裡所有美好的夏天細節：暴雨前悶熱的空氣、老屋地板的吱呀聲、午睡醒來時蟬鳴的聲響、赤腳踩過木地板的觸感。
龍貓這隻生靈從來沒有說話，從來沒有解釋它為什麼出現，也從來沒有解釋它為什麼要幫兩個人類小女孩。它只是存在——就像所有孩子心裡那個只有自己才能看見的秘密朋友一樣。影片告訴我們：童年最珍貴的不是能不能真的遇見精靈，而是那段相信世界上還有精靈存在的時光。