In der ersten Hälfte des Films werden Geschehnisse aus der Serie nochmal aufgerollt, zum Teil unverändert oder abgewandelt aus Hiyori Kazanes Perspektive erzählt - einer stillen, zurückhaltenden Schülerin, die ihre Stadt und Feldarbeit liebt und langsam Gefühle für Tomoki Sakurai entwickelt. Ab ihrem Eintritt in den "New World Discovery Club" beginnt ein neuer Handlungsabschnitt, der den Hiyori-Arc des Mangas umsetzt und bei dem es um das Schicksal des Mädchens und das Geheimnis hinter ihrer Existenz geht.

Tomoki Sakurai ist ein normaler Schüler, dessen Motto “Friede hat die oberste Priorität” ist. In seinen Träumen taucht jedoch oft ein seltsames Mädchen auf, das ihn um Hilfe bittet, nur kann er sich sobald er aufwacht, nie an ihr Gesicht erinnern. Sein Leben wird um einiges komplizierter, als ein unidentifizierbares mysteriöses Tier vom Himmel fällt, das sich schließlich als der Engel Ikaros herausstellt.