En la Jungla de Nool, el elefante Horton, el excéntrico profesor de la jungla, oye un pequeño aullido procedente de una mota de polvo flotante y le da caza antes de colocarla encima de una flor rosa. Horton descubre que la mota alberga la ciudad de Whoville y a sus habitantes, los Whos, liderados por el alcalde Ned McDodd, cuya familia incluye a su esposa Sally, 96 hijas cuyos nombres comienzan todos con la letra H, y un hijo adolescente llamado JoJo. A pesar de ser el hijo mayor y el siguiente en la línea de sucesión para el puesto de alcalde, JoJo no quiere ser el próximo alcalde, y no habla porque tiene mucho miedo de decepcionar a su padre. Una vez que Horton empieza a llevar la mota con él, la ciudad empieza a experimentar fenómenos extraños (terremotos y cambios en el clima), y el alcalde se encuentra con que sus intentos de cautelar Whoville son cuestionados por el Consejo Municipal, liderado por el oportunista pero condescendiente Presidente.

Después de ponerse en contacto con Horton, el alcalde se entera por la Dra. Mary Lou LaRue de que Whoville será destruida si Horton no encuentra un "hogar más seguro y estable". Con la ayuda de su mejor amigo, el ratón Morton, Horton decide colocar la mota en la cima del Monte Nool, el lugar más seguro de la selva. La jefa de la selva, la Canguro Agrio, que se niega a creer que los Quién existan, exige en numerosas ocasiones a Horton que renuncie a la mota por eclipsar su autoridad, pero éste se niega. También se ensañan con Horton los Hermanos Wickersham, un grupo de monos a los que les gusta causar estragos en la selva. Finalmente, el Canguro recluta a un siniestro pero idiota buitre llamado Vlad Vladikoff para que se deshaga de la mota por la fuerza. Al principio sólo acepta hacerlo a cambio del hijo de la Canguro, Rudy, pero cuando ella le amenaza con contratar a los Hermanos Wickersham para que lo hagan, ya que probablemente cambiará de opinión, finalmente decide hacerlo gratis.

Tras varios intentos fallidos, Vlad consigue robar la flor a Horton y la deja caer en un enorme campo de flores rosas idénticas provocando un temblor apocalíptico en Whoville. Después de recoger sin éxito 2.999.999 flores, Horton finalmente recupera la flor (exactamente la 3.000.000ª flor), revelándose también al resto de Whoville. El Canguro acaba descubriendo que Horton todavía tiene la mota, despide a Vlad y reúne a la comunidad de la selva para que arreste a Horton, aprovechando su miedo a que sus propios hijos se conviertan en delincuentes caóticos bajo su influencia.

Al acorralarlo, el Canguro ofrece a Horton una última oportunidad de renunciar a la existencia de Whoville. Horton se niega y, a pesar del sincero discurso que pronuncia, el Canguro ordena a los animales que lo aten y enjaulen, y que destruyan la mota y Whoville en una olla de aceite de nuez de abeja. El alcalde alista a todos los suyos para que hagan ruido, para que todos los animales se enteren de que realmente están allí, ayudados por el "Sinfonófono" de JoJo, un invento que crea un gran aporte musical y revela que la "verdadera" pasión de JoJo es la música, pero aún así no logra penetrar en la superficie de la mota.

El Canguro arrebata la flor al capturado Horton y se dispone a dejarla caer en la maceta. Mientras tanto, JoJo coge la bocina que se utilizaba para proyectar la voz de Horton, sube corriendo a la torre más alta y grita su primera palabra, rompiendo la barrera del sonido apenas unos segundos antes de que la mota llegue al aceite. Rudy coge la flor y proclama que la oye, y los demás animales de Nool se dan cuenta de que también la oyen. A pesar de las objeciones de su madre, Rudy devuelve la flor al liberado Horton, mientras que los animales, al darse cuenta de la verdad sobre la existencia de los Whos, se vuelven contra el Canguro por engañarlos. Mientras sus vecinos le elogian por su integridad, Horton perdona al devastado y arrepentido Canguro, que se hace amigo de él con un paraguas improvisado para Whoville. La película termina con los Whos y los animales de Nool reunidos para recitar el estribillo de "Can't Fight This Feeling" de REO Speedwagon, y se revela que la Jungla de Nool (y la Tierra en su conjunto) no es más que una mota, como Whoville, entre otras muchas, que flota en el espacio.