Une jeune fille, Sheeta, est retenue prisonnière dans un dirigeable, quand celui-ci est attaqué par des pirates voulant s'emparer d'elle. Profitant de l'occasion, elle tente de s'échapper mais tombe dans le vide... Pazu est un fils d'aviateur qui travaille à la mine depuis la mort de ses parents. Revenant d'une course pour son patron, il est intrigué par une lumière dans le ciel et arrive à point pour recueillir la jeune fille flottant dans les airs avec son pendentif lumineux. Sheeta aura à peine le temps de récupérer avant que les pirates ne les obligent à prendre la fuite. Après une mémorable course poursuite en train et en voiture, ils se retrouvent sains et sauf au fond d'un puits de mine. Se croyant tirés d'affaire, Sheeta révèle à Pazu sa véritable identité : elle est la descendante des souverains de Laputa, la cité aérienne que le père de Pazu avait un jour découvert et dont il s'était juré de prouver un jour au monde l'existence. Mais l'armée sous les ordres du terrible Muska, désireuse de s'emparer du secret de Laputa, est toujours à leur poursuite.
