고등학교 3학년생인 오카자키 토모야는 매일 같은 것을 반복하는 무기력한 나날을 보낸다. 주변의 친구들처럼 학교생활을 즐기지도 못하며 매일 지각을 반복한다. 그 때문인지 학교에 적응하지 못하는 존재가 되어 버린다. 그러던 어느 날, 토모야는 학교와 이어진 언덕 초입에서 한 소녀와 만나게 된다.

아버지의 태도에 자기도 모르게 집을 뛰쳐나온 토모야, 정신을 차리고 보니 나기사의 집 근처에 와 있었다. 토모야는 나기사의 집에서 어렴풋이 새어나오는 빛을 멍하니 바라본다. 어디선가 들리는 목소리에 돌아본 곳에는 온화한 표정으로 수수께끼 같은 이야기를 하는 나기사가 있었다.

비를 맞으며 토모야를 기다리던 나기사가 쓰러져 버리고, 토모야는 다음날 나기사의 상태를 보기 위해 집으로 찾아간다. 나기사의 부모님은 걱정하지 말라고 했지만 책임감을 느끼는 토모야. 그의 머리 속에서는 농구공을 들고 빗속에 서 있던 나기사의 모습이 가득하다.

연극부 부활을 위해 교내에 포스터를 붙인 나기사와 토모야. 하지만 학생회가 포스터를 떼어버려 그들을 찾아간다. 허가를 받지 못해 부원 모집 활동을 하지 못하게 된 두 사람을 찾아가는 스노하라.

나기사의 1학년 때 담임선생님이 후코의 언니라는 사실을 알게 된 두 사람. 하지만 후코의 이야기는 어딘가 이상했고, 나기사가 알고 있는 선생님의 여동생의 이야기와도 다르다. 이에 의문을 가지게 된 토모야는 나기사와 함께 후코의 언니인 코코의 집을 찾아가 보기로 한다.

나기사네 집에 후코가 머물게 되면서 후쿠카와 집안에는 웃음꽃이 핀다. 학교에서는 변함없이 학생들에게 조각을 나눠 주는 후코. 열심히 노력하는 후코의 모습을 보면서 나기사는 자매가 만날 수 있게 하려고 코코를 개교기념제에 초대한다.

코코가 개교기념제에 도착하고, 두 자매가 만나게 된다며 나기사는 기뻐한다. 하지만 코코의 입에서는 나온 말에 나기사와 토모야는 당황한다. 그것은 너무나도 슬픈 현실이었다. 그런 두 사람에게 코코는 학교에 후코가 있다는 소문에 대해 물어본다.

코코의 꿈이었던 학교에서의 결혼식을 허가받고, 결혼식 날짜가 결정된다. 결혼식을 위해 학생들에게 계속해서 불가사리를 나눠주는 후코와 그런 그녀를 지켜보는 토모야와 나기사. 그러나 후코가 나눠주는 불가사리를 받지 않는 학생들이 점점 많아진다. 그것은 마치 후코의 존재가 느껴지지 않는 것 처럼 보였다.

연극부 부원모집을 다시 시작하게 된 나기사. 좀처럼 부원이 모이지 않는 것을 본 토모야는 신입부원 권유를 위해 어떤 소녀를 찾아간다. 그것은 수업을 듣지 않고, 항상 도서관에서 책을 읽는 이치노세 코토미 였다.

음악실에 있던 바이올린을 빌리게 된 코토미. 신이 난 코토미가 바이올린을 연주하지만, 그 소리를 들은 주변 사람들은 기절해 버리고 만다. 쿄는 코토미의 관심을 바이올린에서 돌리기 위해 개그를 연습시키지만, 많은 사람들의 앞에서 연주하고 싶어하는 코토미를 위해 바이올린 발표회를 열기로 한다.

바이올린 발표회가 끝나고, 코토미는 빌렸던 바이올린을 반납한다. 바이올린을 빌려준 니시나와 친구가 되고, 코토미는 교실에서 수업을 듣기로 한다. 항상 혼자 도서실에 있던 그녀의 주변에 조금씩 사람이 모여들게 된다.

토모야는 코토미의 집을 살피러 가게 되는데, 언젠가 본 것 같다는 생각을 하게된다. 집으로 몰래 들어가 코토미의 모습을 발견한 토모야는 어릴 적 코토미와 만난적이 있었다는 것을 깨닫는다. 서서히 떠오르는 어린 시절의 기억. 코토미는 부모님에 대해 물어보는 토모야에게 이야기를 하기 시작한다.

코토미를 위해 할 수 있는 일. 나기사, 쿄와 료는 나기사의 생일을 위한 준비를 한다. 토모야는 버려진 코토미의 집 정원을 청소하기로 하고, 세 사람도 시간이 날 때마다 토모야를 돕는다. 집안에 있는 코토미를 부르지만 반응이 없다.

연극부의 부활을 위해 료와 쿄, 코토미가 부원으로 이름을 올리게 되었다. 이것으로 부활에 필요한 인원이 모이게 되었고, 남은 것은 담당 선생님을 찾는 것 뿐. 나기사와 아이들은 코무라 선생님을 설득시키 위해 노력한다.

스노하라의 여동생 메이가 오빠를 찾아온다. 토모야의 장난 때문에 메이가 오는 것을 모르고 있는 스노하라. 비어있는 스노하라의 지저분한 방을 솜씨 좋게 정리하는 등 너무나 야무진 메이는 스노하라의 여동생이라고는 상상하기 힘들다. 메이를 보고 감탄하는 나기사와 토모야의 앞에 아무 것도 모르는 스노하라가 다가왔다.

아이들과 농구부의 시합을 본 니시나는 나기사에게 담당 선생님의 겸임을 제안한다. 그렇게 연극부가 부활하게 되고 아이들은 기뻐한다. 나기사는 재빨리 학생회에 이야기하러가지만 학생회는 담당 선생님의 겸임을 인정하지 않았다. 게다가 학생회와의 이야기가 끝나자마자 나기사가 쓰러지고 만다.

타학교와의 소동에 휘말린 토모요를 감싸 준 토모야는 정학을 당한다. 토모요가 책임을 느끼고 사실을 말하겠다고 하지만, 토모야는 연극부를 위해서도 반드시 학생회장이 되어달라고 이야기한다. 한편 나기사는 쓰러진 이후로 학교에 나오지 못하게 된다.

축제를 위해 연극부가 움직이기 시작했다. 그러던 중 토모야는 진학상담을 위한 가정방문을 받게 된다. 핑계를 대며 도망치려 하지만 그 모습을 나기사에게 들키고 만다. 토모야를 집까지 데려다 준 나기사는 토모야와 아버지의 관계에 대해 알게 된다.

축제를 위해 연습을 시작한 나기사. 그녀가 하고싶어 하는 연극은 어릴 때 들었던 제목조차 모르는, 너무나도 슬픈 겨울의 환상에 대한 이야기, 세상에 혼자 남게 된 한 소녀의 이야기 였다.

축제가 코 앞으로 다가왔다. 배우 역의 나기사 외에 다른 친구들이 음악 및 조명의 역할을 하기로 결정되었다. 연극부의 활동도 점점 순조로워 지던 어느날, 사나에가 의상을 담당하게 되어 아키오도 나기사를 위해 비디오 카메라를 빌린다. 하지만 그 모습을 본 나기사는 폭탄발언을 하고 만다.

축제 당일, 최악의 타이밍으로 부모님의 과거를 알게 된 나기사를 필사적으로 격려하는 토모야. 하지만 나기사는 부모님 뿐 아니라 다른 친구들에게도 민폐를 끼치는 스스로를 책망한다.