Mitsuha Miyamizu, seorang siswi SMA dari kota kecil Itomori di Prefektur Gifu, merasa bosan dengan hidupnya di pedesaan. Ia sering berandai-andai untuk terlahir kembali sebagai cowok dari Tokyo agar bisa merasakan kehidupan kota besar.

Tak disangka, keinginannya jadi nyata, ia mulai bertukar tubuh secara misterius dengan Taki Tachibana, siswa SMA asal Shinjuku yang juga kerja paruh waktu sebagai pelayan. Setiap kali mereka bertukar tubuh, mereka harus menjalani hidup satu sama lain seharian penuh, lalu kembali ke tubuh asli mereka saat tertidur.

Untuk menghindari kekacauan, Mitsuha dan Taki membuat aturan sederhana dan saling berkomunikasi lewat catatan di kertas, ponsel, bahkan di kulit mereka sendiri. Mitsuha (dalam tubuh Taki) membantu Taki dengan menjodohkannya pada rekan kerjanya, Miki Okudera.

Sementara itu, Taki (dalam tubuh Mitsuha) membuat hidup Mitsuha jadi lebih berwarna dan populer di sekolah. Dalam salah satu pertukaran, Taki (masih dalam tubuh Mitsuha) ikut nenek dan adik Mitsuha pergi ke kuil Shinto di kawah Goshintai, meninggalkan persembahan kuchikamizake, minuman yang dibuat dari air liur Mitsuha.

Di sana, sang nenek, Hitoha, berkata bahwa Tuhan berkuasa atas waktu dan hubungan manusia. Mitsuha juga sempat bilang kalau komet Tiamat akan melintas paling dekat dengan Bumi di hari festival musim gugur.

Keesokan harinya, Taki berkencan dengan Okudera di Pusat Seni Nasional Roppongi. Walau kencan berjalan lancar, Okudera sadar bahwa hati Taki tertuju pada seseorang yang lain. Setelah menyadari perasaannya sendiri, Taki mencoba menghubungi Mitsuha lewat telepon, tapi tak pernah bisa tersambung. Aneh banget, pertukaran tubuh yang selama ini terjadi tiba-tiba berhenti begitu saja.

Lalu, apa yang sebenarnya terjadi pada Mitsuha? Apakah mereka masih bisa saling menemukan meski terpisah ruang dan waktu?