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Mitsuha, dix-sept ans, est lycéenne dans le petit village d'Itomori. Orpheline de mère, elle vit avec sa petite sœur, Yotsuha, et sa grand-mère, Hitoha, son père ayant quitté le foyer pour devenir maire. Partageant son temps entre les études, ses amis, et son rôle de miko, dont le savoir lui est transmis par sa grand-mère, elle étouffe, et rêve d'une autre vie en tant que beau jeune homme à Tokyo.

Taki, de son côté, est un lycéen tokyoïte timide et doué en dessin. Lorsqu'il ne traîne pas avec ses amis au lycée ou au café, il travaille dans un restaurant italien comme serveur, où il est amoureux d'une collègue plus âgée, Miki, sans avoir jamais osé se déclarer.

Alors qu'une comète passe dans le ciel d'Itomori, leur destin va basculer lorsqu'ils se rendent compte qu'ils se retrouvent chacun dans le corps de l'autre à raison de deux ou trois jours par semaine. Rapidement, ils tentent de communiquer et de se connaître par l'entremise de messages écrits sur leurs corps, puis dans leurs téléphones portables respectifs, établissant des règles pour ne pas perturber la vie de l'autre. Malgré tout, Mitsuha, dans le corps de Taki, parvient à séduire Miki et à lui obtenir un rendez-vous, mais lors de celui-ci, Taki se retrouve gêné, malgré la gentillesse compréhensive de Miki, qui pense qu'il est tombé amoureux d'une autre, et reste son amie.

Après ce rendez-vous, plus aucun échange ne se produit, et Taki décide de partir à la recherche de Mitsuha, ne parvenant pas à la joindre sur son portable. Ne sachant rien de l'endroit où elle habite, il tente de se repérer avec les croquis d'Itomori qu'il a esquissés. Alors qu'il commence à perdre espoir, un restaurateur reconnaît son dessin et lui apprend une affreuse nouvelle : Itomori a été détruite trois ans auparavant par une météorite issue du cœur brisé d'une comète, et beaucoup de ses habitants sont morts. En cherchant dans les registres, Taki retrouve le nom de Mitsu