少女シータは黒メガネをかけた男たちに捕われ、飛行船の中にいた。ところが飛行船は女海賊のドーラを首領とする一味に襲われてしまう。撃戦のさなか、シータは窓から船外に逃げだすが足場を失い落ちていく。だがその時、胸のペンダントが光を放ち、彼女の身体はふわりふわりと地上へ舞い降りて行った。スラッグ渓谷にある鉱山町では、見習い機械工のパズーが、空から降って来たシータを助けた。翌朝、パズーの家で目を覚ましたシータに、彼は自分の死んだ父親が見たという伝説の島の話をした。それはラピュタと呼ばれる財宝の眠る空中の浮島で、パズーはラピュタを信じてもらえず死んだ父の汚名をはらすため、いつの日かラピュタを見つけたいと思っていた。そこにドーラ一味が乗り込んで来た。彼らはシータのペンダントを狙っていたのだ。パズーはシータを連れ、坑内機関車で逃げだすが、行く手には別の敵、黒メガネの男たちが国防軍の装甲列車で現われた。再び逃げたパズーとシータは深い谷底へ落ちてしまう。だが、シータのペンダントが光を放つと二人の身体は空中に浮いていた。深い廃坑の底に降りた二人は、鉱山師のポムじいさんに出会い、彼からペンダントの石がラピュタを空中に支えている飛行石だと聞かされる。地上に出た二人は、黒メガネの男たちに捕われ、国防軍ティディス要塞へ連行された。パズーは地下牢に閉じ込められ、シータは軍の特務将校ムスカに空から降って来たラピュタの紋章の刻まれたロボットを見せられた。政府はこれによりラピュタの存在を確心し、軍を使って探索に乗りだしていたのだ。ムスカは、シータが母親からペンダントを譲られた時に授けられた名前のことを知っており「君はラピュタ王国の王女なんだ」と告げる。彼はパズーの命と引き換えに、ラピュタの位置を示す呪文を教えるよう迫るのだった。理由のわからないまま釈放されたパズーは、待ちぶせしていたドーラ一味と共にシータ奪還に同行することにした。軍は巨大飛行戦艦ゴリアテでシータを連れ、ラピュタをめざした。途方に暮れたシータは、幼い頃祖母に教わった困った時のおまじないをつぶやいた。すると胸のペンダントが強烈な光を発し、まっすぐ天の一点を指した。ムスカはペンダントを手に入れると飛行石の指すラピュタめざしてゴリアテを発進させた。シータを救け出したパズーも、ドーラたちとラピュタをめざす。見張り台に立ったパズーとシータは、ドーラの命令で台を凧のように母船から切り離し雲の上に出た。突然の嵐に巻き込まれた彼らは、美しい花畑の中で目を覚ます。ついにラピュタに辿り着いたのだ。シータは突如あらわれたムスカたらに捕えられ、パズーは縄に縛りつけられたドーラたちを助ける。シータを連れたムスカはラピュタの中枢部にいた。彼はシータに、自分もラピュタの王家の一族のひとりだと告げる。そして、ラピュタの超科学兵器を操作する。かつてラピュタは、それで全世界を支配していたのだ。スキを見てムスカからペンダントを奪い返すシータ。ムスカの撃った弾が彼女のおさげを吹きとばした時、パズーが駆けつけた。パズーとシータはペンダントを手に滅びの呪文を叫ぶ。そのとたん光が爆発し、ラピュタを支えていた巨大な飛行石は上昇しはじめた。フラップターで逃げのびたドーラたちは、上昇していくラピュタを見ていた。凧に乗って脱出に成功したパズーとシータは、ドーラたちに見送られて、シータの故郷を目指すのだった。