Chihiro e seus pais são obrigados a se mudarem para outra cidade. Durante a mudança seu pai, decide tomar um atalho para economizar tempo, porém, acabam se perdendo e chegando em um edifício com um estranho túnel no centro. Ainda que Chihiro se negue a entrar, seus pais insistem em seguir túnel adentro. Do outro lado, descobrem um povoado aparentemente abandonado; a família opta em explorar o lugar e acabam encontrando um restaurante o qual decidem parar para comer. Chihiro deixa-os para continuar investigando. Quando começa a anoitecer um misterioso jovem chamado Haku aparece e ordena que Chihiro saia do lugar antes que anoiteça completamente.
Chihiro corre em busca dos pais, enquanto pouco a pouco a cidade vai ganhando vida: os postes acendem e aparecem uma variedade de espíritos. Ao chegar ao restaurante, Chihiro descobre que seus pais se tornaram enormes porcos. Aterrorizada, a jovem foge e começa a se dar conta que está ficando transparente. Haku, que aparece novamente, diz que para ela não desaparecer deve comer algo deste mundo e lhe oferece uma baga. Depois disto, leva-a secretamente a uma casa de banhos termais em que deve aceitar um trabalho antes que possa ajudá-la a escapar. Assim, com a ajuda de vários amigos que faz ao longo da história, Chihiro inicia uma grande aventura para buscar uma maneira de acabar com o feitiço que mantêm a família dela em porcos e poder continuar com sua vida livre.[19]
Chihiro Ogino (荻野 千尋, Ogino Chihiro?) Rumi Hiiragi Personagem principal, de uma menina infantil passa a ser corajosa e
Haku (ハク, Haku?)/Nigihayami Kohaku Nushi Miyu Irino Mão direita de Yubaba, sempre está procurando ajudar Chihiro.[21]
Sem Rosto (カオナシ, Kaonashi?) Akio Nakamura Um espírito, sua personalidade e o seu jeito de ser são como o das pessoas que lhe estão perto e como essas o tratam.[26]
A temática principal do filme é a viagem liminar que a protagonista realiza até o reino dos espíritos, onde se vê em mundo desconhecido. O trânsito de Chihiro neste reino alternativo, que pode ser comparado com Alice no País das Maravilhas de Lewis Carroll, representa a transição da infância até a fase adulta.[27] O aspecto arquétipo do outro mundo delimita a condição de Chihiro com alguém se encontra entre a fase de ser criança e de ser adulto. A personagem também se encontra fora dos limites da sociedade ao se encontrar com o sobrenatural. Por sua vez, a personagem Yubaba compartilha várias semelhanças com o cocheiro de Pinóquio, já que este transforma os meninos em asnos da mesma forma que a bruxa transforma os pais em porcos. Ao conseguir emprego na casa de banhos termais, Yubaba rouba o verdadeiro nome de Chihiro (que passa a se chamar Sen), o que simbolicamente significa a morte da menina, que deve assumir então a fase adulta.[27] Chihiro segue um rito de passagem segundo o formato do monomito, e na sua tentativa de recuperar a continuidade do seu passado, deve forjar uma nova identidade.[27]
A Viagem de Chihiro faz uma crítica a sociedade japonesa moderna em relação ao conflito de gerações e a luta para quebrar as tradições da cultura tradicional. Chihiro é vista como uma representação do gênero Shōjo, cujos papeis e ideologias mudaram drasticamente no Japão pós-guerra.[28] Chihiro busca resgatar sua identidade passada, assim como o Japão busca os antigos valores em meio ao decrescimento econômico na época em que o filme foi feito. Em uma entrevista, Miyazaki comentou sobre este elemento nostálgico do antigo Japão.[29]