Mitsuha ist ein High-School-Mädchen, das in der Stadt Itomori in der Region Hida lebt. Sie arbeitet als Magd im Familientempel. Sie beginnt zu träumen, wo sie als Junge in Tokio lebt. Sie erfährt, dass sie "Wer bist du?" auf ein Notizbuch geschrieben hat. Taki ist ein Junge aus der Oberschule, der in Tokio lebt. Er hat auch Träume, in denen er Mitsuha ist. Er erfährt, dass sie ihren Körper wechseln können, wenn sie aufwachen. Sie beginnen, miteinander zu kommunizieren. Taki hinterlässt Notizen in Mitsuhas Notizbuch und Mitsuha hinterlässt Notizen in Takis Telefon. Während dieser Zeit verändern sie das Leben des anderen.
Wenn Taki Mitsuha wird, geht er mit Mitsuhas Großmutter und Schwester zu einem Schrein weit weg von der Stadt. Dort lassen sie Kuchikamizake als Opfergabe für den Dorfgott zurück. Mitsuhas Notiz auf Takis Telefon teilt Taki mit, dass am Himmel ein Komet an Japan vorbeiziehen wird. Taki wacht in seinem Körper auf. Er versucht, Mitsuha auf seinem Handy anzurufen, aber es konnte ihn nicht erreichen, bevor die Körpervermittlung endet. Taki und seine Freunde Miki und Tsukasa kommen in der Region an, wo sie erfahren, dass die Stadt von einem Kometen zerstört wurde und alle Notizen von Mitsuha von Takis Telefon gelöscht wurden. Sie erfahren auch, dass fünfhundert Menschen aufgelistet waren, die früher dort gelebt haben. Um sich wieder mit Mitsuhas Gedächtnis zu verbinden, geht Taki zum Schrein, trinkt ihre Sake-Flasche und erinnert sich schließlich an ihre Vergangenheit.
Taki erwacht in Mitsuhas Körper und erfährt, dass ihre Träume verblassen werden. Mitsuha und ihre Freunde planen, allen bei der Evakuierung der Stadt zu helfen, indem sie die Rundfunkstation entführen. Taki bemerkt, dass er in Mitsuhas Körper und Mitsuha in Takis Körper ist. Sie vereinen sich am Schrein, aber sie sind drei Jahre auseinander. Als die Dämmerung (kataware-doki) eintritt, sehen sie einander. Sie versuchen, den Namen des anderen auf ihre Hände zu schreiben, aber Mitsuha verschwindet und die Dämmerung endet. Taki erinnert sich nicht mehr an Mitsuha, nachdem er seinen Körper zurückbekommen hat. Bevor sie zu ihrer Familie zurückkehrt, stellt Mitsuha fest, dass ihre Erinnerungen an Taki verblasst sind, und findet eine Schrift, auf der er anstelle seines Namens "Ich liebe dich" geschrieben hat. Trotz der erfolgreichen Evakuierung stürzt der Komet durch Japan und zerstört die Stadt, während Taki in der Gegenwart aufwacht.
Fünf Jahre später hat Taki sein Universitätsstudium abgeschlossen. Er forscht über die Geschichte der Stadt und erfährt, dass nach der Evakuierung auf Befehl des Bürgermeisters und von Mitsuhas Vater alle überlebt haben. Taki und Mitsuha verlassen den Bahnhof und kommen an der Treppe an. Sie sehen einander und erkennen sich wieder, sie haben sich schon einmal getroffen und fragen nach ihren Namen.
