Mitsuha, Hida bölgesinde bulunan Itomori kasabasında yaşayan liseli bir kızdır. Aile tapınağında hizmetçi olarak çalışmaktadır. Tokyo'da yaşayan bir çocuk olduğu rüyalar görmeye başlar. Bir deftere "Sen kimsin?" yazdığını öğrenir. Taki, Tokyo'da yaşayan liseli bir gençtir. O da Mitsuha olduğu rüyalar görmektedir. Uyandıklarında beden değiştirebildiklerini öğrenir. Birbirleriyle iletişim kurmaya başlarlar. Taki, Mitsuha'nın defterine notlar bırakır ve Mitsuha da Taki'nin telefonuna notlar bırakır. Bu süre zarfında birbirlerinin hayatlarını değiştirirler.
Taki Mitsuha olurken, Mitsuha'nın büyükannesi ve kız kardeşiyle birlikte kasabadan uzakta bir tapınağa gider. Köy tanrısına adak olarak oraya kuchikamizake bırakırlar. Mitsuha'nın Taki'nin telefonuna yazdığı not, Taki'ye gökyüzünde bir kuyruklu yıldızın Japonya'dan geçeceğini söyler. Taki kendi bedeninde uyanır. Beden değiştirme sona ermeden önce Mitsuha'yı cep telefonundan aramaya çalışır ancak ulaşamaz. Taki, arkadaşları Miki ve Tsukasa ile birlikte bölgeye vardıklarında, kasabanın bir kuyruklu yıldız tarafından yok edildiğini ve Mitsuha'nın tüm notlarının Taki'nin telefonundan silindiğini öğrenirler. Ayrıca eskiden orada yaşayan beş yüz kişinin listelendiğini de öğrenirler. Taki, Mitsuha'nın zihniyle yeniden bağlantı kurmak için tapınağa gider, onun sake şişesini içer ve geçmişini hatırlamaya başlar.
Taki, Mitsuha'nın bedeninde uyanır ve rüyalarının yok olacağını öğrenir. Mitsuha ve arkadaşları, yayın istasyonunu ele geçirerek herkesin kasabayı tahliye etmesine yardım etmeyi planlar. Taki kendisinin Mitsuha'nın bedeninde, Mitsuha'nın da Taki'nin bedeninde olduğunu fark eder. Tapınakta birleşirler, ancak aralarında üç yıl vardır. Alacakaranlık (kataware-doki) gerçekleştiğinde birbirlerini görürler. Birbirlerinin adını ellerine yazmaya çalışırlar, ancak Mitsuha kaybolur ve alacakaranlık sona erer. Taki, bedenini geri aldıktan sonra Mitsuha'yı artık hatırlamamaktadır. Ailesine dönmeden önce Mitsuha, Taki ile ilgili anılarının kaybolduğunu fark eder ve Taki'nin ismi yerine "Seni seviyorum" yazdığı bir yazı bulur. Başarılı tahliyeye rağmen, kuyruklu yıldız Japonya'ya düşer ve kasabayı yok ederken, Taki günümüzde uyanır.
Beş yıl sonra, Taki üniversiteden mezun olmuştur. Kasabanın tarihi hakkında araştırma yapar ve belediye başkanı ile Mitsuha'nın babasının emirleri doğrultusunda herkesin tahliyeden sonra hayatta kaldığını öğrenir. Taki ve Mitsuha tren istasyonundan ayrılır ve merdivenlere varırlar. Birbirlerini görürler ve daha önce tanıştıkları kendilerini tanırlar ve isimlerini sorarlar.
