L'adolescente Jinta Yadomi sta trascorrendo una surreale e inquietante giornata di fine estate: il fantasma di una sua compagna di giochi dell'infanzia, soprannominata Menma, è giunta a fargli visita e lo tormenta con i ricordi del passato, con la pretesa di vedere esaudito il desiderio di riunire la vecchia compagnia di amici di quegli anni spensierati. Jinta attribuisce la visione allo stress e alla crisi che sta vivendo, dal momento che nessun altro sembra vedere il fantasma della ragazza (rimasta infantile come ai tempi delle scuole elementari) tranne lui. Inoltre i rapporti di Jinta con i vecchi amici sono tutti compromessi, quando non assenti. Tra i continui flashback dell'infanzia si score che Jinta aveva fatto un torto a Menma, ma non era riuscito a scusarsi a causa dell'improvvisa morte di lei.

Jinta parla con Poppo, il quale gli suggerisce che Menma potrebbe volere un Nokemon raro che tanto desiderava quando era in vita. Ottenere questo Nokemon, però, non è affatto facile, anche perché la cartuccia del gioco ha ormai diversi anni ed è difficile trovarla in commercio. I due sono quindi costretti a rivolgersi - e a riavvicinarsi - ad Anaru, la quale decide di aiutarli. I tre si riuniscono in casa di Anaru e riescono a divertirsi per un intero pomeriggio, proprio come facevano da bambini. Ciò rende felice Menma, ma evidentemente il desiderio che vuole vedere esaudito non è quello. Infatti, colei che Jinta continua a credere un frutto della sua fantasia non è appagata, e rimane al suo fianco a tenergli compagnia.

Mentre Jinta cerca di accantonare le richieste di Menma e trovare la forza di recarsi a scuola (combattendo anche il triste ricordo della morte della madre), Poppa è convinto di aver visto il fantasma di Menma cresciuta. Deciso ad aiutare la ragazzina a scoprire qual è il suo desiderio e a esaudirlo, Poppa organizza una rimpatriata della vecchia compagnia dei Super Busters. La situazione è all'inizio tesa e imbarazzante per tutti, ma poi pian piano la tensione si allenta.

Non c'è traccia del fantasma di Menma - versione adolescente- che Yukiatsu sostiene di aver visto, quindi la tensione cresce e il gruppo di amici conclude in malo modo la serata del barbecue. Tsuruko però ha dei sospetti, così chiede a Jinta di aiutarla a far luce sul mistero, e Yukiatsu dicendogli che la "sua" Menma è fasulla. I ragazzi organizzano una nuova serata presso la loro vecchia "base segreta", e quando il fantasma di Menma fa la sua apparizione, riescono a inseguirlo e a bloccarlo. E' proprop Yukiatsu, che si è travestito - pare- in quanto geloso del fatto che solo Jinta abbia il privilegio di vederlo il fantasma di Menma, per la quale da ragazzino avevano entrambi una cotta.

Dopo aver svelato il senso di colpa per la morte di Menma e il suo inganno perpetrato a danno degli altri ex compagni di giochi che lo portava a travestirsi da fantasma della ragazza morta, Yukiatsu crolla di fronte a Jinta e si libera del peso che portava sul cuore. Lentamente i fili della vecchia comapgnia si riallaciano ad emergono anche i sentimenti di Anaru verso Jinta, sentimenti confessati da Anaru proprio a Yukiatsu, dopo che quest'ultimo l'aveva salvata dalle molestie di un ragazzo senza scrupoli. Frattanto Poppo, il più positivo ed entusiasta di tutti, continua a fare progetti sul modo di soddisfare il desiderio di Menma perché ella possa tornare a riposare in pace.

Spinto dalle parole di Menma, Jinta si reca a scuola temendo di suscitare un certo clamore col suo ritorno. In realtà le attenzioni sono tutte su Anaru, che sembra essere stata vista nei pressi di un hotel a ore. Questo suscita scalpore e perfidi commenti fra compagni e professori. Jinta non resiste e fa una scenata di fronte all'intera classe, tanto che Anaru, per evitare ulteriori imbarazzi, lo trascina via da scuola. A questo punto, però, lei non vuole tornare a casa e affrontare le ire della madre, per questo va al rifugio segreto. Qui, insieme a Poppo, decidono di fare una visita alla madre di Menma per trovare qualche indizio riguardo al suo desiderio. Al ritorno a casa, Jinta racconta tutto alla ragazza, che si arrabbia. Teme che sua madre, in seguito alla visita, pensi a Menma e si rattristi più di quanto già non faccia. Jinta, turbato, decide di uscire di casa. Toma al rifugio dove trova Anaru, anche se aveva detto che sarebbe rientrato a casa.

Anaru, dopo un litigio in famiglia, si stabilisce nel vecchio rifugio. La vecchia compagnia dei Super Busters inizia a pensare che il desiderio di Menma sia costruire un fuoco d'artificio; cosa che, da piccoli, essi non erano stati in grado di fare. Mentre Yukiatsu e Tsuruku hanno forti perplessità sull'intera operazione, Jinta, Poppa e Anaru si mettono a lavorare sodo per recuperare il denaro necessario a pagare un tecnico che costruisca per loro un fuoco d'artificio; ma poi il tecnico spiega che il direttore del festival locale (per cui lui solitamente prepara i fuochi d'artificio) gli ha proibito di fare questo lavoro per degli adolescenti. Il direttore in questione è il padre di Menma. Nel frattempo Yukiatsu ricorda che, il giorno della morte di Menma, lei li aveva "convocati" al rifugio tutti quanti tranne Jinta.

I ragazzi vanno a trovare la mamma di Menma nella speranza di ricevere aiuto per il loro progetto del fuoco d'artificio, ma si rendono conto che la donna non si è minimamente ripresa dallo shock di aver perduto la figlia. A quel punto tutti iniziano a perdere la pazienza con Jinta, che decide di arrangiarsi da solo per esaudire il desiderio di Menma. La scompara di Menma ha avuto effetti negativi anche sul rapporto fra il suo fratellino e i genitori. La tensione cresce e i sensi di colpa di tutti quanti iniziano a emenrgere, per prima Anaru che si rimprovera di essere stata felice quando, da ragazzini, Jinta aveva negato che Menma gli piacesse. Proprio quando i ragazzi iniziano davvero a non poterne più di Jinta e della sua storia dul fantasma, Menma fa in modo di aiutarlo, scrivendo qualche nuova parola sul suo diario.

La certezza che Menma è tornata mette in moto una catena di conseguenze nei suoi amici. L'imperturbabile Yukiatsu è in piena crisi, geloso com'è dell'esclusività del rapporto che lei ha con Jinta. Per motivi analoghi, Anaru soffre, divisa tra la felicità di ritrovare l'amica e la ricomparsa di un'antica rivale per l'affetto di Jinta. Tsuruko è preoccupata per Yukiatsu e fraintende un avvicinamento tra lui e Anaru. Il progetto di realizzare uno spettacolo di fuochi artificiali, comunque, va avanti. Yukiatsu persuade il padre di Menma e i ragazzi si fanno aiutare a costruire i fuochi. Tutti si impegnano per sostenere le spese. Jinta, tornando tardi da lavoro, non trovareMenma in casa. Corre fuori a cercarla e arriva quasi per caso sul ponte della tragedia. Qui, vedendola fare un passo per entrare nel fiume comprende la verità. Lui non vuole che lei scompaia.

I ragazzi organizzano una festa di addio per Menma, sicuri che il giorno dopo, quando lanceranno il fuoco d'artificio che hanno costruito per lei, Menma andrà via per raggiungere finalmente il Nirvana. La sera della festa, però, vecchi sentimenti e rancori riaffiorano, e spingono Jinta ad ammettere apertamente che da ragazzino lui aveva una cotta per Menma. Anche Anaru e Tsuruko si confidano fra di loro: la prima è innamorata di Jinta, la seconda di Yukiatsu, ma entrambe sentono di non poter competere con il fantasma di Menma. Il giorno dopo tutti insime i ragazzi sparano il loro fuoco d'artificio (sotto gli occhi anche dei familiari di Menma), però le cose non vanno come previsto: Menma non sparisce affatto, bensì resta ancora presente nella sua solita forma di fantasma.

I ragazzi si ritrovano per discutere sul motivo per cui non siano riusciti a mandare Menma nel Nirvana, Ciascuno confessa finalmente per intero i propri traumi, egoismi e sensi di colpa. Passato il momento di crisi, decidono di rinnovare l'impegno di esaudire il desiderio di Menma. Ma quando Jinta va a prenderla per coinvolgerla in questo nuovo tentativo, scopre che Menma sta scomparendo lentamente. Il desiderio, in realtà, è stato esaudito: era una promessa fatta anni prima da Menma alla madre di Jinta (a quel tempo malata terminale in ospedale), ovvero che Menma avrebbe trovato il modo di far piangere Jinta, strappandolo al suo disumano tentativo di trattenere ogni emozione. Jinta però non accetta che Menma scompaia senza aver salutato anche gli altri e la conduce da loro. Con uno sforzo disperato, Menma riesce a manifestarsi a tutti quanti, e può finalmente intraprendere il suo viaggio verso l'aldilà.