Dans la banlieue de Tokyo, sous le plancher d'une vieille maison, vivent Arrietty et sa famille, des êtres minuscules appelés les Chapardeurs. Ils se cachent des humains, volent en petite quantité le nécessaire, et se méfient des chats et des rats.
Sheeta, jeune adolescente poursuivie par des militaires qui convoitent la pierre magique qu'elle possède, rencontre Pazu, un jeune mécanicien rêvant de devenir pilote. Ensemble, ils décident de se lancer à la recherche d'une légendaire cité volante.
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