우진이와 서진이는 한 살 터울 형제. 우진이는 초등학교 5학년 남자아이답게 개구쟁이다. 늘 어머니한테 공부 잘하고 모범생인 동생과 비교당해 속상해하지만 동생을 사랑하는 속 깊은 아이이기도 하다. 우진이는 친구 동영이의 생일잔치에 갔다가 동영이와 같은 반인 금숙이를 만나게 되고 차분하고 영리한 금숙이에게 호감을 가지게 된다. 금숙이는 서울에서 이사온 여자 아이. 추리 소설을 좋아하고 모험을 꿈꾸는 당찬 아이다. 동영이의 생일날 우진이와 동영이는 금숙이와 같이 자기들이 만들어 놓은 마을 뒷산 비밀 아지트에 금숙이를 데려가고, 비밀 아지트를 본 금숙이는 비밀 결사대를 만들자고 한다. 그리고 다음 날 셋은 비밀 아지트에서 플루토 비밀결사대원으로서 이 세상의 정의와 약한 사람을 위해 목숨을 바칠 것이라는 비밀결사대의 맹세를 한다. 플루토는 미국 소설가 에드거 앨런 포의 「검은 고양이」에 나오는 고양이이 이름으로, ‘염라대왕’이라는 뜻. 금숙이가 지은 결사대의 이름이다. 결사대를 돕게 되는 한빛이는 어렸을 때 열병을 앓아 시력이 나빠 두꺼운 안경을 쓰는 아이. 소심한 한빛이는 나쁜 눈 때문에 친구들과 어울리지 못하고 망원경으로 밤하늘의 별자리를 관찰하며 ‘반니’라는 이구아나를 키우며 혼자 논다. 풀꽃 관찰하기를 좋아하는 서진이는 풀꽃을 관찰하러 뒷동산에 갔다가 한빛이를 만나게 되고 둘은 친구가 된다.

그러던 어느 날, 마을 축제인 ‘기장 멸치 축제’가 시작되는 전야제 날에 살인 사건이 일어난다. 축제 전야제에 가려던 플루토 비밀결사대는 살인 사건이 일어난 컨테이너를 지나다 이를 알게 된다. 죽은 사람은 부산?울산 간 고속도로를 닦는 건설 현장의 굴착기 기사인 도삼식인데, 금숙이는 비밀결사대원답게 그 사건에 관심을 가지게 된다. 그리고 한빛이를 통해 살인 사건이 일어난 컨테이너에 사람이 들어간 걸 보았다는 이야기를 듣게 되고, 그 사람이 우진이의 아버지와 함께 축제 전야제에 온 사람이라는 것도 알게 된다. 그날 밤 우진이는 늦게 들어온 아버지를 통해 함께 있었던 사람이 고속도로 공사장에서 발견된 도자기 유물을 발굴하기 위해 서울에서 내려온 현장 주임이라는 사실과 그 사람이 묵는 곳을 알아낸다.

다음 날 플루토 비밀결사대와 서진이, 한빛이는 함께 지혜를 모아 쪽지에 적힌 내용을 풀어내고 살인 사건이 도자기 유물과 관련된 것이라는 결론을 내린다. 그리고 일요일 마을 뒷산에 숨겨진 유물을 찾으러 간다. 마을 뒷산에 숨겨진 유물을 찾아낸 아이들은 그 유물을 자기들의 비밀아지트 근처에 숨겨 놓으려고 하다 현장 주임에게 들켜 우진이는 위험에 빠진다. 그러나 한빛이가 키우던 이구아나인 반니의 도움으로 위기에서 벗어나게 되고 현장 주임은 경찰에 체포된다. 경찰은 고속도로 공사 현장에서 가장 먼저 유물을 발견한 도삼식이 유물을 훔쳐 숨겨 놓았는데 현장 주임이 그걸 알고 도삼식과 짜고 유물을 일본의 밀매업자에게 팔려고 하던 과정에서 도삼식을 죽였다는 사실을 밝혀낸다. 플루토 비밀결사대는 살인범을 잡는 데 결정적인 증거를 제공하고 유물을 찾아낸 공로로 영웅이 된다. 아이들은 이 세상의 정의를 위해, 그리고 어딘가에 숨겨진 또 다른 보물을 찾아 플루토 비밀결사대의 모험은 또다시 시작될 것이다.