어릴 적 사고로 부모님을 잃은 유키는 그 충격으로 마음의 문을 닫아건 채 상심의 나날을 보낸다. 그런 유키를 위해 언니 요코는 강아지 한 마리를 선물한다. 유키는 강아지에게 마리모라는 이름을 지어주면서 호감을 보인다. 마리모와 함께 생활하면서 여느 아이들과 마찬가지로 반찬투정을 하는 등 유키의 일상에도 조금씩 변화가 찾아온다.
유키는 자신의 삶에 새로운 활기를 불어넣어준 마리모에게 바다를 보여주겠노라고 약속한다. 동생의 마음속 상처를 치료할 수 있는 절호의 기회라고 판단한 요코는 각고의 노력 끝에 유키와 마리모를 데리고 바다여행을 떠난다. 바닷가에서 꿈같은 시간을 보낸 유키는 집으로 돌아오는 길에 잠시 들른 휴게소에서 그만 마리모와 헤어지게 된다.
홀로 남은 마리모는 유키를 찾아 거리를 헤매고 다닌다. 갈림길에서 마리모가 선택을 거듭할 때마다 유키에게로 향하는 길은 점점 멀어지고 있었다. 유키에 대한 그리움과 배고픔으로 거리를 떠돌던 마리모는 어느 마을 공터에서 우연히 만난 늙은 개 덩치의 도움으로 겨우 기력을 회복하고 잠시나마 따뜻한 가족애를 느끼게 된다.
하지만 덩치와 마리모의 행복한 시간은 영원하지 못했다. 마리모는 덩치의 죽음과 동시에 다시 혼자가 되고 만다. 친구의 죽음을 슬퍼하는 마리모의 따뜻한 마음에 감동한 덩치의 주인은 마리모를 평소 알고 지내던 수의사에게 맡긴다. 수의사는 장애로 두 다리를 잃은 자신의 조카 타로에게 마리모를 입양시킨다. 다리를 잃은 상처로 자신만의 공간에서 오직 인터넷으로만 세상과 소통하는 타로는 마리모에게 ‘론’ 이라는 새 이름을 지어준다. 둘은 서로의 상처를 보듬어주며 사람과 동물의 관계를 넘어선 영혼의 친구로 거듭난다.
그러던 어느 날 타로의 홈페이지에 한 여학생의 메시지가 남겨진다. 타로가 홈페이지에 올린 론의 사진이 잃어버린 강아지와 똑같다는 것이다. 타로는 론과 헤어질 수도 있다는 두려움에 인터넷을 중단하는데…….