El film comienza con la canción "Grease", añadida expresamente para la película y escrita por Barry Gibb, de los Bee Gees e interpretada por Frankie Valli.
En 1958, Danny Zucko y Sandy Olsson se enamoran durante las vacaciones de verano. Cuando el verano termina, se despiden pensando que no se van a volver a ver, ya que Sandy ha de volver a Australia.
La familia de Sandy cambia de opinión y en lugar de regresar a Australia, Sandy se queda en los Estados Unidos y se matricula en el instituto Rydell, donde estudia su amiga Frenchy, miembro de una pandilla llamada Las Damas Rosas (The Pink Ladies en el original en inglés). Lo que no sabe es que en ese mismo instituto también estudia Danny.
Danny, por su parte, es el líder de una pandilla de chicos, los T-Birds (Thunder Birds). Kenickie, segundo al mando de los T-Birds, anima a Danny para que les cuente su experiencia de vacaciones, mientras que las Damas Rosas interrogan a Sandy. Este escenario desemboca en la canción "Summer Nights", en la que ambos relatan su punto de vista sobre su relación de verano con el otro. Se ve claramente que Danny exagera, y ninguno de los dos sabe de la presencia del otro en el instituto.
Animada por Patty Simcox, una chica bien del instituto, Sandy se apunta al equipo de animadoras de Rydell. Las Damas Rosas hacen coincidir a Danny y a Sandy, pero Danny tiene que proteger su imagen de tío duro y su comportamiento hacia Sandy hace que ésta se vaya corriendo entre lágrimas. Danny la observa unos instantes pero rápidamente vuelve a su pose de chico duro y se va con sus amigos.
Frenchy intenta animar a Sandy invitándola a una fiesta-pijama en su casa con el resto de la pandilla. Sandy se apunta, pero su comportamiento de niña buena que-nunca-ha-roto-un-plato termina con la paciencia de Rizzo, ya que Sandy se atraganta con un cigarrillo, no le gusta el sabor del vino y le aterroriza la idea de que Frenchy le perfore los lóbulos de las orejas para llevar pendientes. Ante la insistencia de Frenchy, Sandy se va con ella al baño y allí se pone enferma con sólo ver la sangre. Frenchy comunica a sus amigas que va a dejar el instituto para ir a una escuela de belleza. Rizzo no puede más y se mofa de Sandy junto con todas las demás cantando la sarcástica "Look at me, I'm Sandra Dee".
Los T-Birds llegan a la casa de Frenchy y Rizzo se desliza por el tejado para irse con ellos. Ella y Kenickie flirtean un poco y Kenickie la invita a subir al coche. Danny se va por su cuenta y Kenickie y Rizzo se van en el coche, dejando tirados a los demás T-Birds, que deciden irse a tomar una pizza. Marty, el miembro que más flirtea de las Damas Rosas, decide escribir a uno de sus numerosos novios por carta, mientras que Sandy sale fuera y decide que, a pesar de todo, sigue enamorada de Danny, cantando la canción "Hopelessly Devoted to You", una conmovedora canción de amor añadida expresamente para la película y que fue un gran éxito como single
La escena cambia a Rizzo y Kenickie enrollándose apasionadamente en el asiento trasero del coche. Quieren llevar las cosas un paso más allá, pero el condón que Kenickie llevaba en la cartera se rompe. Rizzo, incapaz de resistir a los encantos de Kenickie, se lanza sobre Kenickie y siguen adelante sin protección. Pronto son interrumpidos por Leo, líder de la banda de los Escorpiones (The Scorpions), rivales de los T-Birds, que causa algunos daños al coche de Kenickie e insulta a ambos.
Mientras trabajan en la reparación del coche, los T-Birds fantasean sobre cómo quedará el coche una vez esté puesto a punto y pintado, cantando "Grease Lightning". Danny se encuentra más tarde en el Palacio del Helado (Frosty Palace) y se intenta disculpar con ella por su actitud. Al ver que Sandy está compartiendo un refresco con Tom Chisum, un deportista, decide que si ese es el tipo de hombre que a ella le gusta, él puede convertirse en uno apuntándose a algún deporte en el instituto.
Lo siguiente que vemos es la desastrosa exhibición de Danny en baloncesto, lucha libre y béisbol, disciplinas en las que siempre pierde la paciencia y termina pegando a alguien. Finalmente ve que su deporte ideal es el atletismo, por la falta de contacto con el oponente, principalmente. Mientras Danny está entrenando en carrera de vallas, ve a Sandy y tropieza. Sandy deja a Tom Chisum para ver si Danny está bien, reconciliándose con él.
Danny intenta ir al Palacio del Helado con Sandy para estar solos y no preocuparse por arruinar su imagen delante de sus amigos. Allí descubre que tanto los T-Birds como las Damas Rosas ya están allí, y a Danny le resulta muy complicado seducir a Sandy sin parecer un mariquita delante de su pandilla. Cuando todo el mundo se ha ido de la heladería, Frenchy, que ha estado ocultando el color de su pelo bajo un pañuelo, revela que está teniendo problemas en la escuela de belleza ya que tiene el pelo de color rosa por un error en el tinte. Entonces se imagina que tiene un ángel de la guarda que le dice qué debe hacer con su vida. Este ángel resulta ser Frankie Avalon, que la anima a volver al instituto cantando "Beauty School Dropout".
El programa de Televisión National Bandstand tiene pensado hacer su programa en directo precisamentre desde el gimnasio del instituto Rydell, motivo por el cual se organiza un concurso de baile al que Danny lleva a Sandy. Rizzo, enfadada con Kenickue, lleva al baile a Leo, el líder de la banda rival, obligando a Kenickie a llevar a la novia de éste, ChaCha DiGregorio, quien a su vez fue novia de Danny hace tiempo. El presentador del programa, Vince Fontaine, tiene un flechazo con Marty, de las Damas Rosas. el baile presenta muchas canciones conocidas de los años 1950 versionadas por el grupo Sha Na Na. Durante el baile, Rizzo abandona el recinto enfadada cuando ve a Kenickie con ChaCha, mientras que Danny y Sandy son de las pocas parejas que van quedando en el concurso. En un momento dado, Sonny tira de Sandy dejando a Danny bailando con ChaCha. Sandy se da cuenta de que ChaCha es una ex-novia de Danny y mucho mejor bailarina que ella, abandonando el gimnasio enfadada. Danny y ChaCha ganan el concurso de baile y, mientras están bailando solos, tres de los T-Birds se ponen delante de la cámara y hacen un calvo.
Más tarde, Danny lleva a Sandy a un cine drive-in donde se disculpa por haberla dejado de esa manera. La disculpa no significa demasiado para Sandy, de modo que Danny intenta quitarse el anillo que lleva para dárselo a ella pero al hacerlo, accidentalmente le clava el codo en el pecho. Al dárselo, Sandy le besa en la mejilla diciendo que ahora se dé cuenta de que en verdad la respeta. El plano cambia a Marty y Rizzo en los lavabos del mismo cine. Allí, Rizzo le dice a Marty que tiene una falta y está aterrada ya que tuvo sexo con Kenickie sin protección. Al salir de los lavabos a Marty se le escapa un comentario con respecto al embarazo de Rizzo, que Sonny oye de casualidad. El cotilleo se propaga como la pólvora hasta llegar al propio Kenickie. Cuando éste le pregunta a Rizzo si es verdad, ella le dice enfadada que sí, pero que esté tranquilo porque el niño no es de él. Él le da las gracias sarcásticamente y la deja allí, donde la encuentra Marty que se lamenta porque ha pillado a Vince Fontaine poniéndole una aspirina en su cocacola.
De nuevo en el coche, Danny tiene el brazo alrededor de Sandy, e intenta descaradamente meterle mano a Sandy y enrollarse con ella. A ella no parece entusiasmarle la idea y sale del coche enfadada dando un portazo que golpea a Danny en la entrepierna. Tras tirarle de vuelta el anillo, abandona el cine. Danny se lamenta por haber perdido de nuevo a Sandy y revela el auténtico alcance de sus sentimientos hacia ella en la canción "Sandy".
La siguiente escena es la carrera entre Leo y Kenickie en el canal. Kenickie le pide a Danny que sea su padrino en el desafío, y Marty le da a Kenickie un penique que se ha encontrado para que le dé suerte. Al dejarlo caer, Kenickie se agacha a recogerlo y uno de los T-Birds abre la puerta sin verle, golpeándolo en la cabeza. Deciden que Danny correrá en su lugar y mientras, Sandy ve el espectáculo desde la distancia. La carrera (que resulta ser una parodia de la famosa carrera de Ben-Hur) está muy disputada aunque finalmente Danny gana. Alegrada por el triunfo de Danny, Sandy se da cuenta de sus sentimientos hacia Danny y considera que su imagen y su actitud son demasiado puritanas, con la canción "Look at Me, I'm Sandra Dee (reprise)". Mientras Danny va a celebrar la carrera con los T-Birds, Frenchy ve a Sandy y quedan para hacerle a Sandy un completo cambio de imagen.
Es ya el último día de clase y se ha organizado una feria en el instituto Rydell. Danny aparece allí con la sudadera deportiva del equipo de atletismo, mientras que Sandy aparece con una chaqueta de cuero negro, sandalias de tacón alto, un top con los hombros al aire, el pelo rizado y fumando un cigarrillo. Danny la encuentra extremadamente atractiva, cayendo a sus pies. Ambos vuelven a estar juntos y cantan "You're the One That I Want" (otra canción añadida para la película y un gran éxito incluso antes de que la película se estrenase). Kenickie y Rizzo también acaban juntos, y Rizzo emocionada grita desde la noria que era una falsa alarma y que no está embarazada. Todos cantan el gran finale, "We Go Together", y Danny y Sandy se van volando en un descapotable, despareciendo en el cielo.
Durante los créditos, que tiene la forma de un anuario escolar, puede escucharse "Grease (reprise)".
