5012 AD. Des extraterrestres ont soudainement envahi la Terre en envoyant des formes de vies mécaniques. L'humanité est sur le point de disparaître, mais réfugié sur la lune, un petit groupe organise la riposte en créant des soldats androïdes. Cependant, ils ne font pas le poids face à un ennemi pouvant se démultiplier à l’infini. Dernier espoir, une nouvelle génération d'androïdes féminins : l’unité Yorha. 2B. Pourront-elles reconquérir la Terre ?

Mitsuha est une lycéenne, la fille du maire d'une petite ville nichée entre les montagnes. Vivant avec sa petite sœur et sa grand-mère, c'est une demoiselle franche qui n'hésite pas à dire qu'elle n'a pas envie de participer aux rituels shinto, ou d'aider son père dans ses campagnes électorales. En fait, elle rêve de pouvoir quitter cette ville où elle s'ennuie, pour partir tenter sa chance à la capitale. Taki est un lycéen, un tokyoïte qui travaille à mi-temps dans un restaurant italien, tout en aspirant à des études d'architecture ou dans les Beaux-Arts. Chaque nuit, il fait un rêve étrange, où il devient… une lycéenne campagnarde, vivant dans une petite ville entre les montagnes. Quel secret se cache derrière ces rêves mutuels, qui unissent ces deux êtres qui ne se sont jamais rencontrés ?

Nishimiya est une élève douce et attentionnée. Chaque jour, elle est harcelée par Ishida, car elle est sourde. Dénoncé pour son comportement, le garçon est à son tour mis à l’écart et renvoyé de l’école… Des années plus tard, il apprend la langue des signes… et part à la recherche de la jeune fille.