Setelah orang tuanya bercerai, Koyomi memilih untuk tinggal bersama ayahnya dan bertemu Sato Shiori, putri Kepala Laboratorium Ilmu Imajiner. Dengan latar belakang senasib, keduanya menjadi teman dan menghabiskan sebagian besar masa kecil bersama.

Saat Koyomi dan Shiori beranjak remaja, keduanya saling jatuh cinta dan berniat untuk menikah di masa depan. Namun, rencana itu terhenti ketika orang tua mereka memutuskan untuk menikah dan menjadikan keduanya sebagai saudara tiri. Menolak menerima kenyataan, Koyomi dan Shiori menggunakan hasil penelitian orang tua mereka untuk melarikan diri ke dunia paralel dan memulai hidup baru.

Akan tetapi, sebuah kecelakaan fatal terjadi. Masa depan yang mereka perjuangkan bersama kini berada di ujung tanduk. Mampukah dunia paralel menyelamatkannya?