Das kleine Waisenmädchen Momo versteckt sich in einem Zug und springt ab als sie den Schaffner sieht. Dabei lernt sie die kleine Schildkröte Cassiopeia kennen, die sie zukünftig begleitet und lebt fortan in den Ruinen eines Amphitheaters am Rande der Stadt. Gemeinsam lernen sie die Kinder der Stadt kennen und treffen auf den Straßenkehrer Beppo, der in Momo die Gabe sieht Menschen zu verzaubern und das Beste in ihnen hervorzubringen.

Allerdings versuchen die mysteriösen grauen Herren, die in der Zeit immer öfter erscheinen und andauernd Zigarren rauchen, den Menschen ihre Zeit zu stehlen. So belügen und überreden sie sie, ihre Lebenszeit bei einer Zeitsparkasse zu deponieren und alle beginnen von dort an wie besessen zu arbeiten, um Zeit zu sparen. Besonders abgezielt haben sie es dabei auf die Erwachsenen, da sie die Kinder schwerer erreichen. Momo versucht sich jedoch gegen die Machenschaften der grauen Herren zu wehren und ihre Freunde zurückzugewinnen und zu befreien.

Als die Welt schon sehr grau geworden ist führt die weise Schildkröte Cassiopeia Momo in das Reich des Meister Hora, welcher ein Hüter der Zeit ist und Momo einige Dinge erklärt. Um schlimmeres zu verhindern, macht sie sich auf den Weg in das Hauptquartier der Zeitdiebe und versucht ihre Pläne zu durchkreuzen.