Yuichi Aizawa llega para quedarse en la casa de su primo en el norte de Japón después de siete años. Conoce a Ayu Tsukimiya en el distrito comercial, quien lo empuja a huir de un vendedor de taiyaki con ella.

Yuichi asiste a su primer día en su nueva escuela y luego conoce a Shiori Misaka después de otro encuentro con Ayu. Al día siguiente, encuentra a Shiori visitando el patio de la escuela.

Después de su segundo día de clases, Makoto Sawatari rastrea a Yuichi en el distrito comercial, tratando de iniciar una pelea. Sin embargo, colapsa de hambre y Akiko la acoge. Al día siguiente, después de descubrir algunas de sus bromas, Yuichi sospecha que ella le robó la billetera.

Yuichi encuentra a Mai Kawasumi en una batalla nocturna en el edificio de la escuela. Después de un incidente en el almuerzo con un perro callejero al día siguiente, se une a ella para almorzar. Después de la escuela, se une a Ayu en su búsqueda de un objeto precioso, sin resultados. Esa noche, le trae a Mai algo de cenar.

Mai está implicada por el consejo estudiantil por algunas ventanas rotas. Yuichi visita a Mai nuevamente por la noche, pero Makoto atrae la atención de la guardia nocturna. Makoto se escapa de la casa de Akiko después de una acalorada pelea con Yuichi.

Yuichi busca a Makoto por la noche y la encuentra en el distrito comercial. Siguiéndola, la sigue hasta la colina que domina la ciudad y descubre que ella encontró un gato callejero. Se los lleva a los dos a casa y el gato se llama Piroshiki. Yuichi y Sayuri convencen a Mai para que participe en el próximo baile. Piro y Akiko enferman, y Makoto y Ayu se encargan de ellos.

Al principio, Mai causa una buena impresión en el baile, pero las luces se destruyen y Mai está nuevamente implicada. Cuando Mai enfrenta la expulsión, Sayuri convence al consejo estudiantil de revertir el castigo al aceptar unirse al consejo. En el cumpleaños de Mai, Sayuri es herida por los monstruos que caza Mai.

Mai decide poner fin a la lucha de una vez por todas. Mientras Mai y Yuichi luchan juntos contra los monstruos, Yuichi traza otro fragmento de su memoria perdida.

Yuichi se entera de la condición de Shiori y el silencio de Kaori. Animado por Nayuki, Yuichi pasa un día entero con Shiori, forjando recuerdos felices.

Makoto se enferma y Yuichi descubre su verdadera identidad.

Yuichi y Ayu ven una película juntos y, a medida que se acercan, Nayuki tiene el corazón roto. Ayu lleva a Yuichi a su escuela, pero hacen un descubrimiento sorprendente.

Yuichi recuerda lo que le pasó a Ayu, hace siete años, así como lo que estaba buscando: un muñeco angelito. Nayuki, Kaori y Jun lo ayudan a desenterrar la muñeca. Akiko es atropellada por un automóvil en una tormenta de nieve. Ayu, para permitir que Yuichi use la muñeca, le pide que la deje ir como último deseo.

Ahora es primavera y Mai y Sayuri se han graduado. Aunque Akiko está en camino de la recuperación, todavía existe una brecha entre Nayuki y Yuichi. El día en que Yuichi está programado para irse y trasladarse a otra escuela, Nayuki ve una etiqueta con su nombre familiar en el hospital.