Roddy St. James es un ratón mimado que vive en un gran apartamento de Kensington. Mientras sus dueños se van de vacaciones, una rata de alcantarilla llamada Sid sale por el desagüe del lavabo y decide quedarse a ver la final de la Copa Mundial de la FIFA 2006. Roddy intenta deshacerse de Sid tirando por el retrete, pero en lugar de eso Sid le tira por las alcantarillas.

Roddy se encuentra en Ratropolis, una ciudad de alcantarillas hecha de varios trozos de basura que se parece a Londres. Se le dice que busque a Rita Malone, una emprendedora ratoncita carroñera que trabaja en las alcantarillas en su fiel barco, el Jammy Dodger, que posiblemente pueda ayudarle a volver a casa. Roddy y Rita son secuestrados por las ratas Spike y Whitey y llevados ante su jefe, el Sapo, ya que Rita ha robado un preciado rubí originalmente hurtado por su padre. El Sapo planea hacer que Roddy y Rita sean congelados con nitrógeno líquido, pero la pareja escapa. Rita se lleva el rubí y un exclusivo cable maestro eléctrico necesario para controlar las compuertas de las alcantarillas de Ratropolis.

Roddy deduce que el rubí es falso y lo rompe con facilidad, enfureciendo a Rita. Roddy ofrece a Rita un rubí auténtico si le lleva de vuelta a Kensington, a lo que ella accede. La pareja se detiene primero para visitar a la familia de ella antes de partir. Durante su estancia, Roddy escucha una conversación que le hace suponer que Rita le está vendiendo al Sapo, por lo que incumple el trato y roba el Jammy Dodger. Cuando Rita lo alcanza, puede aclarar el malentendido. La pareja evade la persecución de Spike, Whitey y sus cómplices.

Enfurecido por los repetidos fracasos de sus secuaces, el Sapo manda llamar a su primo francés, Le Frog. Se revela que el Sapo era la mascota favorita de la infancia del Príncipe Carlos, hasta que fue sustituido bruscamente por una rata y arrojado por el retrete, lo que provocó su odio a los roedores. Le Frog y sus subordinados interceptan a Roddy y Rita para recuperar el cable, pero el dúo consigue escapar del desagüe de la alcantarilla y volver al apartamento de Roddy, aunque el Jammy Dodger queda destruido.

Roddy paga a Rita el rubí y la esmeralda prometidos y le enseña su apartamento. Al principio ella cree que tiene familia, pero se fija en su jaula y se da cuenta de que es una mascota y está solo. Rita intenta persuadir a Roddy para que la acompañe, pero él es demasiado orgulloso para admitir su soledad y la rechaza. Rita sale del apartamento a través del baño sólo para ser capturada, con el Sapo recuperando el cable maestro. Roddy se une a Sid para ver el partido. Cuando Sid menciona el descanso del partido, Roddy descubre el plan del Sapo: abrir las compuertas durante el descanso de la Copa del Mundo, cuando todos los humanos estén usando sus retretes, permitiendo que la enorme ola de drenaje que se produzca destruya Ratropolis, permitiendo al Sapo usar la ciudad despoblada como hogar para sus hijos renacuajos. Roddy confía a Sid su hogar y su cómodo puesto, y hace que Sid lo tire de nuevo por las alcantarillas. Libera a Rita, y juntos derrotan al Sapo y a su secuaz haciendo que las lenguas del Sapo y de la Rana se peguen a los engranajes en movimiento y congelen la ola de desagüe con nitrógeno líquido. Aclamado como un héroe, Roddy acepta quedarse en Ratropolis con Rita. Poco después, los dos, así como la familia de Rita, parten en el Jammy Dodger II.