幼馴染・小舟潮の訃報を聞き、和歌山市『日都ヶ島』へ2年ぶりに帰郷した網代慎平。葬儀に参列した慎平は、親友の菱形窓から「潮には他殺の可能性がある」と打ち明けられる。さらには潮の妹・澪までも潮は殺されたと訴える。日都ヶ島には、自分と同じ姿の「影」を見たものは死ぬという伝承があった。生前、澪は潮の「影」を見たという――。

澪の「影」に頭を撃ち抜かれたはずの慎平だったが、意識が戻ると日都ヶ島へ向かうフェリーの中にいた。その後も「撃たれる前と同じ」出来事が繰り返される。一人思案する慎平は、島の駐在・凸村が澪に包丁で刺し殺される現場を目撃。さらには殺された凸村から、凸村の「影」が生成される様を目の当たりにする。眼前で起こる出来事にショックを受ける慎平の前には、包丁を持つ澪の姿が――。

「影」の澪に刺された慎平はまたも7月22日を繰り返す。「影」の真相を探るため、潮の葬儀翌日に一家失踪した小早川家を訪ねる慎平は、潮の事故のきっかけとなった少女・小早川しおりの「影」と遭遇するのだった。一命をとりとめた慎平だったが、手詰まりになり全てを窓に打ち明けることに。日は変わり7月24日、日都ヶ島夏祭り。束の間の穏やかな時間を過ごす慎平だったが――。

夏祭りの夜、慎平の前に現れた潮の「影」。他の「影」とは異なり、まるで生前の潮本人のように振る舞う彼女に混乱しながらも、もう二度と会えないはずの潮との会話に慎平は喜びを隠せない。「影」を警戒する澪や窓に見つからないように慎平は潮を隠すが、妹たちに会いたいと不満げな潮。その後、窓たちに合流する為ヒルコ様に向かう慎平の前に「影」の澪が再び姿を現す。

慎平の危機を救ったのは、フェリーで同乗した女性だった。彼女は慎平が敬愛する作家・南雲竜之介を名乗り、「網代慎平」を助けに来たという。さらに彼女は、「影」についての数多の知識を持ち合わせていた。一方、夏祭りの会場内では「影」による大虐殺が行われていた。慎平は助けに向かうも、次々と殺される友人たち。やがて「影」は島中の人々を飲み込んでいき――。

四度目の7月22日。慎平とフェリーで出会い、彼に「南雲竜之介」の名を語った女性・南方ひづる。彼女もまた日都ヶ島を故郷としており、携帯電話に残された謎のメッセージを解明するため、14年ぶりに帰郷していた。「影」そして「ハイネ」の存在を知るひづるは、猟師の根津と合流し、島民の多くが「影」と入れ替わっている事を知るのだった。

慎平がまとめたループの記録を読み、彼の身に起こっていることが事実であると判断したひづる。かつて彼女は慎平の話を信じる根拠となる経験をしていた。「影」に姿を知られるリスクを冒さないよう多くを語らないひづるだが、慎平に力を貸すという。小早川一家の「影」を倒すため、小早川家に向かう慎平、ひづる、根津。三人はしおりの「影」の捕獲に成功するが――。

一周目で現れた澪の「影」を倒すべく、ひづると根津が見守るなか小舟家へと戻った慎平。しかし、まだ「いるはずのない」潮が現れる。潮は、慎平と同様24日の夏祭りからループしてきていた。突然の出来事に驚く慎平は状況を整理しようとするが、突如予定外に澪の「影」の襲撃に遭う。潮の助けで絶命を免れた慎平だが、代わりに潮が腕を切り裂かれてしまう。

潮の遺した携帯電話に残された一つの動画ファイルには、潮と潮の「影」が二人一緒に写っていた。出会ってから動画を残すに至るまでの出来事を語り始める二人の潮。自身を”本物”だと疑わない潮の「影」に戸惑う潮だが、やがて協力して「影」の真相を探るようになる。動画をみて全ての記憶と力を取り戻した潮の「影」は、慎平たちに潮が死ぬ間際の追体験をさせようと試みる。

潮の死の真相を知った慎平。潮と潮の「影」が残した動画から、「影」に関する手がかりがタカノス山にあると考える。そこには、窓の実家である菱形医院の旧病棟があった。旧病棟へたどり着いた三人の前に、院内に鎮座するヒルコ像と、さらにその奥に地下壕へと続く隠し扉が現れる。奥へ進もうとする一行だが、隠し扉には鍵がかかっていた。

影に囲まれた慎平、潮、窓。しかし、「影」が狙うのは潮ただ一人だった。その頃澪は、凸村とともにしおりの「影」を目撃、その足取りを追っていた。慎平の居場所としてマンホールの下を指すしおりの「影」。澪たちはしおりの「影」を追う。さらにその姿を、ひづる(竜之介)と根津が目撃していた。なんとか窮地を乗り越えた慎平たちの前に現れたのは、意外な人物だった――。

これまで、「食餌」と称しヒルコ様に死んだ人を与えてきたと語る窓の妹・朱鷺子。ヒルコ様とは、夏祭りの日、日都ヶ島神社に現れた「大きな影」が「オカアサン」と呼んだ着物の少女・ハイネのことだった。朱鷺子は「影」を操り、慎平たちの計画を阻もうとする。そんな中、「大きな影」が現れて、澪を人質にとる。「大きな影」は慎平を生かしながら夏祭りの日を迎えることを目論んでいた。

五度目の7月22日。意識が戻ると、ひづるが慎平をタイムトラベラーであると確信したタイミングだった。潮の力でこれまでの体験をひづるに伝えると、慎平を信じてともに行動することを決める。しおりの「影」を確実に仕留めるために一行は小早川家へ向かうが、ひづる（竜之介）が予想外に襲撃されてしまう。全滅した慎平は六度目を迎えたと思ったが、14年前の世界――ひづるの記憶の中にいた。

かつて友人だったひづるとハイネ。しかしある日、ハイネが“空腹”に耐えられず暴走してしまう。過去に起きた一連の出来事により、ひづるの中で竜之介が生きるようになるまでが明かされる。ひづるの記憶の中にいた慎平と潮は、気が付くと小早川家突入前に戻っていた。作戦は中止、その夜日都ヶ島小中学校に窓たちを集めた慎平は、潮の力でそれぞれにこれまでのループを追体験させていった。

体育館で仲間達の結束を深めた慎平だが、「影」に狙撃され突然七度目のループに突入する。慎平がループを重ねるごとにその始点が徐々にずれていることに気が付いたハイネは、慎平を完全に排除する方法に作戦を修正していた。その夜、シデを倒すために慎平たちは日都ヶ島小中学校へ再び集う。多数の「影」を引き連れてやってきたシデ。「影」対慎平たちの総力戦が始まる――。

シデ率いる「影」たちの総攻撃に耐え、無事生存できた慎平たち。そんな中、澪は自身の「影」を仲間にすることを提案。潮の力により、澪の「影」を引き入れることに成功する。澪の「影」や朱鷺子の話を手掛かりに、菱形医院に向かう一行。しかし、家の中は空っぽ状態で、あらゆるものがなくなっていた。医院内のヒルコ洞へ続く参道へ進むと、窓の両親の姿があった。

窓の父であり、菱形医院の院長・菱形青銅からシデの正体を聞いた一行は、医院で束の間の休息をとる。翌朝、「影」の気配を辿りながら、慎平と潮は島に潜む「影」の駆除を試みる。「影」に襲われながらも、危機にさらされた子どもたちを救った慎平たち。その後慎平が向かったのは、ヒルコ様――日都神社、すべての始まりの場所だった。

日都神社へやって来た慎平は、宮司の雁切を訪ねる。慎平が雁切に見せた70年前の写真には、今と変わらない雁切の姿がいた。彼こそが菱形医院の初代院長・菱形紙垂彦＝「シデ」であると問い詰める慎平。やがて亡くなった両親の仇でもあることを知った慎平はシデを倒そうとするが、「影」ではなく人間である紙垂彦の殺害に躊躇ううちに、雁切の姿にある違和感をおぼえる。

潮を失った慎平たち。絶望的状況のなか、雁切とハイネが新たな動きを見せる。慎平からの連絡により潮の死を知った澪とひづるは慎平が指定する合流地点へとそれぞれ向う。窓とともに“慎平”の元へ向かった澪を待ち構えていたのは雁切だった。一方、ひづるが向かった先には“慎平”が待っていたのだが――。

激闘を繰り広げるひづると雁切。朱鷺子が操るギルとロズも加勢し戦いはさらに激しくなっていく。その一方で慎平と澪の「影」は、もう一人の雁切の元へ向かう。澪の「影」が紙垂彦を迷わず刺殺するが、その後「影」の気配をたよりに移動すると、息絶える寸前の朱鷺子の姿が。ひづると根津に救われたと語る朱鷺子は、すぐにひづるたちの元へ行くよう慎平に懇願するが――。

ひづるの死に絶望する慎平の前に現れた菱形青銅。青銅との会話の中で、慎平はシデに関する新たな手掛かりを得る。シデは、自らの死体を保管して肉体のスペアとしていた可能性があった。さらに慎平は、日都ヶ島夏祭り当日――7月24日、まだ何も知らない潮が帰って来ることを思い出す。潮復活の兆しが見えるが、ハイネと雁切もまた潮をとらえようとしていた。

潮の「影」が残したネックレスを握り、全ての記憶を受け継いだ「一度目の潮」。慎平の目論見通り潮は完全復活を遂げた。迫りくる雁切に対して正面突破を試みる潮。しかし、それを冷静に押し止める慎平。潮を無きのもにすべく対峙した雁切とハイネに問いかける慎平。「どっから来たと思う。オレが」ハイネ達が慎平の本当の「確信」に気付き驚愕する。ヒルコを叩く最善手へと慎平はその銃口を向ける！

ヒルコに突き立てた潮の拳はハイネの叫びと共に岩壁を砕いた！しかし、そこにはまだハイネの気配が漂う。共鳴する潮と慎平の右目。確かに倒したはずのシデが不死身の如く再び目の前に現れる。潮の持つ「観測者の目」の新たな覚醒を鋭く感じ取り、それを奪うべく決戦の地へと誘う雁切。切り開かれた闇の先へと慎平と潮は固く手を取り合い突き進むのだった──。

刺し違える覚悟で雁切を攻撃する潮だが、その本体は現世にあり、完全に鎧を消し去らなければ勝利できないことを知る。そのためには、潮のハッキング能力をシデにぶつけるしか方法がなかった。シデとの激闘！互いを庇いあい闘う慎平、竜之介そして潮。ハッキング準備が完了するまでの時間は2分間。永遠とも感じる高密度の時間軸を生き抜けるのか…。最後の戦いの幕が上がる──。