Mei, 4 ans, et Satsuki, 10 ans, s’installent à la campagne avec leur père pour se rapprocher de l’hôpital où séjourne leur mère. Elles découvrent la nature tout autour de la maison et, surtout, l’existence d’animaux étranges et merveilleux, les Totoros, avec qui elles deviennent très amies. Un jour, alors que Satsuki et Mei attendent le retour de leur mère, elles apprennent que sa sortie de l’hôpital a été repoussée. Mei décide alors d’aller lui rendre visite seule. Satsuki et les gens du village la recherchent en vain. Désespérée, Satsuki va finalement demander de l’aide à son voisin Totoro.

Trois petites histoires composent Memories. La première : "Magnetic Rose" , deux voyageurs de l'espace sont aspirés dans un monde parallèle sur un astéroïde. Un monde créé par les souvenirs d'une femme. Dans la deuxième, "Stink Bomb" , un jeune assistant dans un laboratoire se transforme accidentellement en un arme biologique humaine qui menace Tokyo. L'épisode final et troisième, "Cannon Fodder" , relate un jour de la vie d'une ville qui a pour unique préoccupation d'anéantir ses ennemies.