ごく普通の高校生・弄内翔（野村周平）は、親の離婚を機に、絵本作家の叔父・弄内洋太（戸次重幸）の空き家で一人暮らしを始める。学校生活では、翔は同じクラスのマドンナ・柴原奈々美（飯豊まりえ）に恋心を抱いていた。しかし奈々美が想っているのは、翔の親友・古矢智章（清水尋也）。翔の気持ちを知る智章は、奈々美の想いに気づかないふりをしていた。 そんな複雑な恋模様にモヤモヤしていた夜。突然、クローゼットの中から物音が聞こえる。気になって扉を開けると、１本のビデオテープと故障したビデオデッキが…。しかもビデオデッキにはVHSが入ったまま。翔は、デッキを直して再生すると、流れて来たのは天野アイ（西野七瀬）と名乗る女の子の映像。しかも突然、画面から中から飛び出してきて…！翔とビデオガール・アイの3ヶ月に及ぶ奇妙な共同生活が始まる。

弄内翔（野村周平）が一人暮らしをしているこの家で、25年前、叔父の弄内洋太（戸次重幸）は天野アイ（西野七瀬）と一緒に暮らしていた。ビデオガールとして役割を全うしたアイは、ビデオデッキと共に25年間大切に保管され眠っていたはずだが、なぜか現れてしまったようだ。そして洋太が言うには、アイの再生時間は3か月。テープを全部再生し終えたら、元のVHSの中に戻るという。最初は戸惑いしかなかったが、張り切って朝食を用意するなど一生懸命で健気なアイを見て、翔は徐々に受け入れ始める。

こうして始まった奇妙な共同生活。洋太は翔に「ビデオガールは純粋な心を持った少年の前にしか現れない」と告げる。その時、家に翔が想いを寄せる柴原奈々美（飯豊まりえ）がやってくる。アニメ研究会の奈々美と古矢智章（清水尋也）が、シナリオ制作のため家に来ることになっていたのだ。慌てた翔は、奈々美にアイを従妹と説明しごまかすが、翔の片思いを知るアイは、奈々美の恋を探り出し…。二度と現れないと思っていたビデオガール・アイはなぜ再生されたのか。翔の恋が大きく動き出す！

天野アイ（西野七瀬）が渡した古雑誌のデートマニュアルに沿って、憧れの柴原奈々美（飯豊まりえ）を映画に誘った弄内翔（野村周平）。“シナリオの勉強”という名目ではあるものの返事はOK。アイも自分のことのように喜んだ。

翔と奈々美の映画デートの日。翔は頭に叩き込んだマニュアル通りの会話をするが、緊張でぎこちない。一方“いつも翔のそばにいること”が役割のアイは、翔に内緒で2人の後を追うが、途中で見失ってしまう。そんな中、偶然、古矢智章（清水尋也）に遭遇する。智章は親が離婚したばかりの翔を心配していた。そして2人で叶えたい夢をアイに打ち明ける。

映画を見終えた翔と奈々美は、それぞれの感想を言い合ううちに、いいムードになっていく。後日実現した2度目の映画デートでは「弄内くんと話すの楽しい」とまで言われ、奈々美の古矢智章への気持ちを知りつつも、翔は喜びを隠せない。果たして、翔の想いは届くのか！？

外食しに出かけた天野アイ（西野七瀬）と弄内翔（野村周平）。新しい服が欲しいというアイは、洋服店で様々な服を試着していると、そこに中学時代の後輩・大宮リカ（大友花恋）が話しかけてくる。リカは、文化祭の時に廊下の隅で歌っていた子で、翔は記憶より可愛くなっていることに驚く。アイはそんな“懐かしい”という、人間ならではの感覚を羨ましく思う。 その頃、古矢智章（清水尋也）と付き合うことになった柴原奈々美（飯豊まりえ）は、全てにおいてアニメ制作中心の智章にヤキモキしていた。

一方、智章は、かつてヒット作も出したアニメプロデューサーの清水浩司（村上淳）に、自分たちのシナリオを見てもらう約束を取りつける。しかし、プロの厳しい意見を前に、智章は言葉を失う。締め切りまで時間がないため、アニメコンクールに向けて作業を進めないといけないが、動揺している智章は、奈々美や翔らと大喧嘩をしてしまう…。

弄内翔（野村周平）が描いたキャラクターデザインを見たアニメプロデューサーの清水浩司（村上淳）は、ある目的のために弄内邸にやって来る。清水は、学生たちのアニメ制作の現場を見たいと言っているが、どうやら天野アイ（西野七瀬）の正体を知っているようで、人知れずアイに近付こうとしていた。清水の思惑を知らない翔らは、アニメを見てもらえて大喜び。

清水からアニメにつける音楽をどうするのかと指摘され、悩む一同。アイは、先日街でばったり遭遇した翔の中学時代の後輩・大宮リカ（大友花恋）が音楽をやっていたことを思い出す。彼女に相談してみるよう薦めるが、リカはすでに音楽をやめていて…。

人気トラックメーカーで女癖の悪い小関カオル（富田健太郎）が翔たちのアニメ音楽を作曲する条件の“天野アイ（西野七瀬）とのデート”が始まった。アイのことが心配でたまらない弄内翔（野村周平）は２人のデートを尾行していると、後輩の大宮リカ（大友花恋）の姿が。自分の身代わりになったアイに後ろめたさを感じ、同じく後を追っていたのだ。翔とリカはカップルを装い２人で尾行を始めるが、リカは好意を寄せる翔とデートしているみたいで、少し楽しみだす。

そんな中、尾行していた翔とリカは、アイたちに見つかってしまう。翔がリカと一緒にいることで不機嫌になるアイ。翔は、尾行を続けるため、ダブルデートをしようと提案する。カオルからはくれぐれも邪魔をしないようにと念押しされるが、翔はどんどんカオルに気を許していくアイに気が気じゃない。そして、翔が少し目を離したすきに、アイとカオルの姿が見えなくなり…。

天野アイ（西野七瀬）が突然、失踪した。弄内翔（野村周平）は必死に行方を探すが、1週間経ってもアイは帰ってこず、翔は体調を崩してしまう。

アイがビデオガールであることを打ち明けられない翔は、見舞いにやってきた柴原奈々美（飯豊まりえ）、古矢智章（清水尋也）、大宮リカ（大友花恋）にも、「アイは叔父のもとへ帰った」と嘘をつく。

翔に好意を寄せるリカは、体調の悪い翔の身の回りの世話をしたり、料理を作ったりすることで、少しずつ距離を縮めていく。

一方、アニメコンテストのサイトに、エントリーした翔たちのアニメがアップされ、閲覧者から賞賛の声が集まり始める。プロデューサーの清水浩司（村上淳）は、その動向を見守りながらある策略をめぐらせていた――。

天野アイ（西野七瀬）が失踪し、アイへの好意に気づいた弄内翔（野村周平）の元に、大宮リカ（大友花恋）から動画が届く。その動画には、翔がデザインしたアニメと実写のアイがミックスされたもので、すでに“謎のアイドル”としてバズり始めていた。古矢智章（清水尋也）が売った翔たちのアニメの素材を使い、プロデューサーの清水浩司（村上淳）が仕掛けたのだ。清水の元にアイがいると分かった翔は、「アイを取り戻したい」一心で、そのまま清水のスタジオへと走り出す。

翔は清水に「アイを返してくれ」と訴えるが、ひるむ様子はない。しかもスタジオにいたアイは、翔のことを全く覚えていなかった。ショックを受ける翔に、清水は衝撃の言葉を放つ。「アイは俺のビデオガールになったんだ――」。果たして翔は、アイを取り戻せるのか！？

そんな中、翔と好意を寄せるリカ、関係が思うように進まない恋人同士の奈々美と智章、それぞれにも転機が訪れ始める……。

古矢智章（清水尋也）は、アニメプロデューサーの清水浩司（村上淳）のもとでアシスタントとしてアニメ制作の勉強を始めるが、スタジオで会った天野アイ（西野七瀬）は、智章のことを一切覚えていない。そんな中、弄内翔（野村周平）は、アイを取り返すために、再びスタジオを訪れる。

清水が公開したアイの動画は、瞬く間に話題となり、アイは“ネットを騒がすブレイク必至の謎のアイドル”としてテレビや雑誌などで特集される。何も知らなかった柴原奈々美（飯豊まりえ）は智章を攻め、智章もアイが記憶喪失になっていることを翔に問い詰めだし、3人の関係に深い亀裂が入る。

アイの記憶を取り戻したい翔は、奈々美のアドバイスを受け、アイの記憶が戻ることを信じ、想いを込めたイラストを描いてアイに渡そうとする。

一方、清水のビデオガールと思い込んでいるアイは、清水のために掃除していると、見知らぬ少女と自分が仲良く写っている古ぼけた写真を発見する。撮影された日付は25年前で……。

弄内洋太（戸次重幸）は、突然、高熱にうなされるビデオガール・天野アイ（西野七瀬）を車で連れ去る。突然の出来事に驚いた弄内翔（野村周平）は、必死に追いかけるが見失ってしまう。その後、洋太から「アイを熱で停止させないためだ。詳しくは改めて」と連絡を受ける翔。しかし、またしてもアイを失い、言葉を失う……。

しばらく気を失っていたアイが目を覚ますと、そこにはアイにそっくりな人間が立っていて、「私の名前は、天野あい」と言う…。人間のあいは、25年前、奇跡が起きたことにより人間になれたと説明する。その話を聞いてアイは、自分も人間になれるのではと期待を抱くが……。

アイに残された再生時間はあと5日。翔を想えば想うほど熱はあがる上、人間になれる保証はないない――。自分が置かれた状況を悟ったアイは、ある決意をする……。

天野アイ（西野七瀬）の再生時間は残りあと2日。アイに成長した姿を見せようと、弄内翔（野村周平）は、アイのためにあるサプライズ計画をしていた。一方、古矢智章（清水尋也）は、柴原奈々美（飯豊まりえ）を公園に呼び出す。これまでのことを謝り、距離を縮めようとする智章に対し、嫌悪感をあらわにする奈々美。2人は感情をぶつけ合うことで少しずつ関係を変化させていく……。

アイと翔は、残り少ない時間を惜しむように、翔の幼少時代の話などを夜通し語りあう。そして迎えた最後の日。アイは、翔との念願の初デートのため、翔が買ってくれた服を着る。テンションがあがるアイを連れ、翔はとっておきの場所へ案内する。さらに、智章と奈々美に協力してもらい、あるサプライズ計画を進めていた――。

ビデオガール・天野アイと過ごした3か月。翔は成長した姿をアイに見せて、想いを伝えることはできるのか？奇跡のような最後の1日が始まる。