อนิเมะเรื่องนี้มี "คนตัวจิ๋ว" (tiny people) หรือมนุษย์สูงเพียงสิบเซนติเมตร และอาศัยใต้พื้นเรือนมนุษย์ทั่วไป เป็นหัวใจของเรื่องดุจเดียวกับนิยาย ในนิยายว่า คนตัวจิ๋วนั้นเดิมเป็นมนุษย์เช่นมนุษย์ทั่วไป แต่เพราะกลัวและตกใจง่าย ร่างกายจึงหดเล็กลงเรื่อย ๆ อนึ่ง เพราะตื่นคน เหล่าคนตัวจิ๋วจึงพยายามหลบซ่อนตัวเสมอ คนเหล่านี้เรียกตนเองว่า "พวกหยิบยืม" เพราะใช้ชีวิตอยู่ด้วยการหยิบยืมข้าวของของมนุษย์ธรรมดามาบริโภค ซึ่งอันที่จริงก็คือ ขโมยมา อย่างไรก็ดี บรรดาคนตัวจิ๋วไม่เรียกสิ่งที่ตนทำว่า "ขโมย" พวกเขาว่า แค่ "ยืม" เท่านั้น (แม้ไม่ "คืน" แต่ประการใด)[12]

ในนิยาย เรื่องเกิดขึ้นที่ประเทศอังกฤษเมื่อปลายพุทธศตวรรษที่ 24 แต่ในอะมิเมะ เรื่องดำเนินไปในปี 2553 ณ นครโคะงะเน ตะวันตกของกรุงโตเกียว ครั้งนั้น เด็กชายวัยสิบสี่ชื่อ โช เดินทางจากกรุงโตเกียวมายังบ้านที่มารดาเคยอาศัยเมื่อเด็ก เพื่อใช้ชีวิตอยู่กับซะดะโกะ ยาย (น้องสาวของยาย) ระหว่างเตรียมตัวผ่าตัดอันเนื่องมาจากโรคหัวใจที่เป็นมาแต่กำเนิด เมื่อถึงและลงจากรถ โชเห็นแมวตัวหนึ่งกำลังจู่หาบางสิ่งในพุ่มไม้ แล้วแมวก็ผละไปเมื่อกาตัวหนึ่งทำร้ายมัน โชจึงเดินเข้าไปชมดูว่าแมวคุ้ยหาสิ่งอันใดกัน และเห็นเด็กหญิงตัวจิ๋วคนหนึ่ง คือ อาร์เรียตตี อายุสิบสี่ปี อาร์เรียตตีนั้นอาศัยอยู่ใต้พื้นเรือนของซะดะโกะพร้อมพ็อด บิดา และโฮมิลี มารดา

คืนนั้น อาร์เรียตตีและพ็อด บิดา ขึ้นจากใต้เรือนเพื่อมา "ยืม" ทรัพย์สินมนุษย์ โดยพ็อดหมายใจจะสอนให้อาร์เรียตตีเรียนรู้วิธียืม จุดหมายแรกคือครัวเพื่อยืมน้ำตาลก้อน และเดินทะลุกำแพงครัวผ่านบ้านตุ๊กตาหลังหนึ่งเข้าสู่ห้องนอนของโชเพื่อยืมกระดาษทิชชู แต่ก่อนที่ทั้งคู่จะได้กระดาษทิชชู อาร์เรียตตีสังเกตได้ว่าโชตื่นอยู่และมองมาที่เธอ จึงเตรียมหนี ด้วยอารามรีบร้อนจึงทำน้ำตาลก้อนหล่นสู่พื้นห้อง โชว่าอย่ากลัวเขาเลย ทว่า อาร์เรียตตีและบิดาละจากไปโดยทิ้งน้ำตาลก้อนนั้นไว้

รุ่งขึ้น โชเก็บน้ำตาลก้อนดังกล่าวมาส่งให้อาร์เรียตตีที่ช่องอากาศใต้พื้นเรือน แต่โฮมิลี มารดาของอาร์เรียตตี ว่า อย่าได้รับมา มิฉะนั้น มนุษย์จะรู้ว่ามีคนตัวจิ๋วอยู่ และจะเป็นอันตรายต่อคนตัวจิ๋วเอง กระนั้น อาร์เรียตตีแอบออกจากบ้าน แล้วไต่ขึ้นไปหาโชถึงห้องนอนเพื่อคืนน้ำตาลให้ และทั้งคู่ก็ได้เป็นเพื่อนกัน อาร์เรียตตีเจอะบิดาระหว่างทางกลับ พ็อดและโฮมิลีจึงตระหนักว่ามีมนุษย์รู้ถึงการดำรงอยู่ของพวกเขาแล้ว และตัดสินใจย้ายบ้านหนี

ซะดะโกะ ยายของโช เล่าให้โชฟังว่า ปู่ยาตาทวดของโช รวมถึงมารดาของโชเอง ก็เคยเห็นคนตัวจิ๋วในบ้านนี้ จึงสั่งทำบ้านตุ๊กตาที่เห็นตั้งอยู่ในห้องนอนโชนั้นเป็นพิเศษ ด้วยหมายจะให้เหล่าคนตัวจิ๋วใช้เป็นที่อยู่อาศัย บ้านตุ๊กตานี้มีห้องครัวซึ่งใช้การได้จริงด้วย แต่คนตัวจิ๋วไม่ยอมปรากฏตัวอีกเลยนับแต่นั้น บ้านตุ๊กตาจึงร้างอยู่ โชจึงรื้อพื้นเรือน ดึงครัวบ้านอาร์เรียตตีออก แล้วติดตั้งครัวจากบ้านตุ๊กตาให้แทน โดยคาดหวังว่าพวกคนตัวจิ๋วคงชอบใจและเป็นมิตรกันได้

คืนนั้น พ็อดบาดเจ็บระหว่างภารกิจยืม และพบเด็กชายตัวจิ๋วคนหนึ่งกลางทาง ชื่อ สปิลเลอร์ สปิลเลอร์หามเขากลับมาส่งบ้าน และบอกกล่าวว่า ยังมีคนตัวจิ๋วอยู่ที่อื่นอีก โดยครอบครัวของอาร์เรียตตีสามารถย้ายไปอยู่ด้วยกันได้ อาร์เรียตตีจึงไปหาโชอีกครั้งเพื่ออำลา ระหว่างนั้น โชและอาร์เรียตตีได้พูดคุยกัน ทำให้อาร์เรียตตีทราบว่า โชเป็นโรคหัวใจ และจะเข้าผ่าตัดในอีกสองสามวัน แต่การผ่าตัดมีทีท่าว่าจะไม่ประสบผลสำเร็จดังหวัง

ขณะนั้น ซะดะโกะไม่อยู่บ้าน และฮะรุ แม่บ้าน สังเกตได้ว่า พื้นเรือนถูกเปิด จึงรื้อดู และพบบ้านของอาร์เรียตตี นางจับโฮมิลีใส่โหลขังไว้ในครัว แล้วเรียกบริษัทกำจัดปลวกมาตรวจดูบ้าน และให้จับคนตัวจิ๋วเป็น ๆ มาให้นาง เพราะนางเข้าใจว่าคนเหล่านี้เป็นสาเหตุที่ข้าวของในบ้านหายบ่อย นอกจากนี้ นางยังขังโชไว้ในห้องนอนด้วยเกรงโชจะช่วยเหลือพวกเขา อาร์เรียตตีขอให้โชช่วยมารดาของเธอ โดยเธอช่วยโชออกจากห้องได้ โชให้อาร์เรียตตีประทับแล้วพากันไปยังครัว ทั้งคู่ช่วยโฮมิลีสำเร็จ เมื่อบริษัทกำจัดปลวกมาถึง ก็ประจวบกับซะดะโกะกลับบ้านพอดี ซะดะโกะสั่งให้บริษัทกลับไปเสีย ฮะรุจึงพยายามพิสูจน์ให้ซะดะโกะเห็นว่ามีขโมยตัวจิ๋วอยู่ในบ้านจริง ทว่า ไม่มีโฮมิลีอยู่ในโหลแล้ว และก็ไม่มีบ้านคนตัวจิ๋วอยู่ใต้พื้นเรือนด้วย ทั้งนี้ โชนำบ้านดังกล่าวไปซ่อนก่อนหน้าแล้ว

อาร์เรียตตีและบิดามารดารีบออกเดินทาง และหยุดพักรับประทานอาหารเย็น แมวของโชตามอาร์เรียตตีเจอ และนำพาโชมาพบเธอ โชมอบน้ำตาลก้อนให้อาร์เรียตตีเป็นของขวัญ โดยกล่าวว่า คราวนี้เธอคงจะรับของของเขาโชยังว่า การที่พวกเธอแม้ตัวเล็กแต่ก็สู้ชีวิตไม่ย่อท้อ เป็นแรงบันดาลใจให้เขาต่อสู้ในการผ่าตัดอย่างมาก อาร์เรียตตีจึงปลดไม้หนีบผ้าซึ่งเธอใช้หนีบผมมอบให้โชเป็นของขวัญ และลาจากกันทั้งน้ำตา ครั้นแล้ว บรรดาคนตัวจิ๋วก็โดยสารกาน้ำชาที่สปิลเลอร์แจวล่องไปในลำน้ำจนลับตาไป