El elenco principal está compuesto por Rumi Hiiragi, Miyu Irino, Mari Natsuki, Takeshi Naitō, Yasuko Sawaguchi, Tsunehiko Kamijō, Takehiko Ono y Bunta Sugawara.
Sus padres deciden bajar del automóvil para explorarlo, aunque Chihiro se muestra reticente a ello.
En el otro lado del túnel, la familia descubre un pueblo aparentemente abandonado que su padre razona es uno de los tantos parques de atracciones que se inauguraron y quebraron rápidamente años atrás en Japón.
Mientras la familia recorre el lugar buscando a alguien que los oriente, encuentran puestos al aire libre donde se detienen a comer; sin embargo, al no encontrar quien los atienda, deciden tomar los alimentos servidos sin permiso, razonando que al tener dinero para pagar pueden hacerlo.
Al llegar al restaurante en el que había dejado a sus padres, Chihiro descubre que se han convertido en dos enormes cerdos; atemorizada, la niña huye del sitio, pero cuando intenta llegar al pequeño túnel descubre que la pradera junto a los locales se ha vuelto un océano inmenso por donde arriba un barco, del cual comienzan a desembarcar espíritus de diversas formas y tamaños.
Chihiro descubre que su cuerpo está desapareciendo; sin embargo, Haku aparece nuevamente y le da de comer alimentos de ese mundo, lo que la hace regresar a la normalidad.
Yubaba explica a Chihiro que en realidad el lugar es un balneario público al que van a sanar y descansar ocho millones de dioses (cifra metafórica del sintoísmo y folclore japonés para referirse al infinito en el mundo sobrenatural).
La persistencia de Chihiro provoca que Yubaba finalmente le otorgue un puesto de trabajo, pero la bruja la obliga a firmar un contrato con el que le roba su nombre y rebautiza como Sen (千).
Haku le advierte que Yubaba controla a la gente tomando sus nombres y que si llegaba a olvidar el suyo, tal como había sucedido con él, no podría salir jamás del mundo de los espíritus.
Mientras lo baña, Sen descubre que en realidad es un poderoso y respetado dios de un río que ahora sufre por la contaminación, pero se las arregla para quitarle la suciedad, purificándolo con el baño y permitiéndole recuperar su aspecto de dragón.
En agradecimiento por limpiarlo, el dios le otorga a Sen un pastelillo de hierbas y rocía el lugar con pepitas de oro como pago que Yubaba reclama para sí.
Sen, junto con la ayuda de Kamaji, obliga a Haku a comer la mitad del pastelillo para que sane sus heridas, lo que le hace vomitar el sello y una babosa negra, la cual Sen aplasta con su pie.
Yubaba acepta, pero bajo la condición de que si Sen fallaba en su prueba, el acuerdo se rompería.
Sen, el Sin Rostro y Boh llegan al hogar de Zeniba.
En medio del vuelo, Sen recuerda haber caído en su niñez en un río y haber sido llevada a la orilla por alguien a quien ahora reconoce como Haku, revelando así su verdadera identidad como el dios del río Kohaku.
Momentos después, Haku lleva a Chihiro al lecho del río ahora seco, y explica que ahora que él también ha recuperado su verdadero nombre y sus recuerdos, Yubaba ya no podrá hacerle daño ni lastimarlo nunca más.
Luego que ambos se prometen a encontrarse de nuevo, Chihiro cruza el lecho del río y se encuentra nuevamente con sus padres, los cuales han vuelto a la normalidad y sin ningún recuerdo de lo sucedido previamente.
[13] La entrada arquetípica hacia otro mundo delimita la condición de Chihiro como alguien que se encuentra entre la niñez y la adultez.
[15] Chihiro ha sido vista como una representación del género shōjo, cuyos papeles e ideologías han cambiado dramáticamente desde el Japón de la posguerra.
[18] Varios de los empleados que ahí trabajan son groseros con Chihiro tan solo porque es humana, y la corrupción siempre está presente.
Miyazaki ya había hecho películas como Mi vecino Totoro y Kiki: Entregas a domicilio (también llamada Nicky, la aprendiz de bruja), las cuales están dirigidas a niños y adolescentes, pero nunca había creado una para niñas de diez años.
Para inspirarse, leyó revistas de manga shōjo, como Nakayoshi y Ribon, que las niñas habían dejado en la cabaña.
No obstante, Miyazaki sentía que las obras publicadas por las revistas solo trataban temas subjetivos, como romances y enamoramientos.
El autor pensaba que este era un lugar misterioso, con una pequeña puerta junto a las bañeras.
[21] Al igual que en La princesa Mononoke, Miyazaki y el personal de Studio Ghibli experimentaron con la animación por computadora.
[28] El tema de cierre, «Itsumo nando demo» (いつも何度でも, Siempre conmigo?, lit. «Siempre, no importa cuántas veces»), fue escrito e interpretado por Yumi Kimura;[29][30] la letra fue escrita por Wakako Kaku, un amigo de Kimura.
[32] Además de la banda sonora original, se publicó un image album titulado Sen to Chihiro no kamikakushi Imējiarubamu (千と千尋の神隠し イメージアルバム, 'Sen to Chihiro no kamikakushi Imējiarubamu'?
[37] Además, en este mismo sitio web ocupa el decimotercer lugar en una lista de las cincuenta mejores películas animadas.
[43] Jay Boyaer, del Orlando Sentinel, también hizo buenos comentarios sobre la dirección de Miyazaki, y comentó que la película «es la opción perfecta para un niño que se haya mudado a un nuevo hogar».
Las ventas se vieron favorecidas por el recibimiento del Óscar a mejor película de animación en 2002.