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Nel giugno del 2021, Hodaka Morishima, studente al primo anno di liceo, fugge da Kōzu-shima per allontanarsi dalla sua travagliata vita domestica e raggiungere Tokyo. Quando il suo traghetto per la città viene colpito da un temporale, viene salvato da Keisuke Suga, che dà a Hodaka il suo biglietto da visita. Quando Hodaka si ritrova al verde e lotta per trovare un lavoro, incontra Hina Amano, un'impiegata di un ristorante McDonald's. Lei ha pietà di lui e gli dà del cibo. Più tardi, Hodaka trova una pistola Makarov PM abbandonata in un cestino dei rifiuti su cui è caduto. Dopo aver raggiunto la sede dell'azienda di Suga, incontra quest'ultimo e sua nipote Natsumi. Suga lo assume come assistente presso una piccola casa editrice di riviste occulte, dove indagano sulle leggende metropolitane legate al tempo insolitamente piovoso di Tokyo. Un sensitivo racconta la leggenda di una "ragazza del sole" in grado di controllare il tempo.

Hodaka vede Hina che viene intimidita per lavorare in un locale di periferia. Dopo un breve inseguimento, spaventa i proprietari del locale sparando in aria con la sua pistola, pensando che fosse un giocattolo. Lui e Hina scappano; lei lo porta allo Yoyogi Kaikan, un edificio abbandonato con un santuario sul tetto, dove lui getta via la pistola. Hina stupisce Hodaka dimostrando la sua capacità di liberare il cielo pregando. Hodaka scopre che Hina vive da sola con suo fratello Nagi e che non hanno un tutore adulto. Vedendo che si trovano in difficoltà economiche, Hodaka propone di avviare un'attività con Hina grazie all'abilità della ragazza del sole: un lavoro per schiarire il tempo per eventi come matrimoni e feste. I due creano un sito web per accettare gli ordini e la loro attività diventa rapidamente un successo. Tuttavia, durante lo schiarimento del cielo per il Festival dei Fuochi d'Artificio di Jingu, Hina viene mostrata in televisione e il loro sito viene inondato di richieste, così decidono di chiudere l'attività.

Un detective della polizia cerca Hodaka, dato che la sua famiglia ha presentato una denuncia di scomparsa. Scoprono che Hodaka è stato ripreso mentre usava la pistola da una telecamera di sicurezza. Gli agenti arrivano nell'appartamento in cui Hina vive con Nagi e la interrogano mentre Hodaka si nasconde; Hina si rende conto che, poiché non hanno tutori legali e la madre è morta da poco, i servizi sociali li prenderanno in custodia e li separeranno. Subito dopo che la polizia se ne va, Suga fa visita a Hodaka, anche lui visitato dalla polizia. Suga licenzia Hodaka e gli dà la sua liquidazione, spiegandogli che la polizia lo sospetta di aver rapito Hodaka. Hodaka, Hina e Nagi cercano di scappare, ma vengono fermati dal peggioramento del tempo. Si rifugiano in un hotel e passano la notte con cibo istantaneo e karaoke. Allo scoccare della mezzanotte, Hina rivela che il suo corpo si sta lentamente trasformando in acqua più usa il suo potere. Spiega di essere la causa del tempo anomalo e di essere destinata a un sacrificio umano: la sua scomparsa riporterà il tempo alla normalità. Hodaka promette di proteggerla, ma il mattino seguente Hina è scomparsa nel cielo e la pioggia è cessata.

Al mattino, la polizia rintraccia Hodaka nella stanza d'albergo. Nagi viene mandata al centro di consulenza per bambini e Hodaka viene portato alla stazione di polizia. Essendosi già innamorato di Hina, Hodaka decide di riportarla sulla Terra e fugge dalla custodia della polizia con l'aiuto di Natsumi e della sua Honda Super Cub. Dopo che la sua moto è stata immobilizzata, Hodaka si dirige a piedi verso l'edificio Yoyogi Kaikan per raggiungere il santuario. All'interno incontra Suga, che tenta di fermarlo. La polizia circonda Hodaka, ma Suga, ispirato dalla disperazione di Hodaka nel vedere Hina, lo aiuta a fuggire. Al santuario sul tetto, Hodaka salta attraverso il cancello del santuario e viene trasportato in cielo, dove trova Hina e le chiede di partire con lui, insistendo affinché Hina lasci perdere le sue preoccupazioni per il tempo e inizi a vivere per se stessa. Non appena tornano al santuario sul tetto, Hina, Hodaka, Natsumi, Nagi e Suga vengono arrestati e le forti piogge riprendono. Hodaka viene condannato a tre anni di libertà vigilata e rimandato a casa sua a Kōzu-shima.

Tre anni dopo, la pioggia cade senza sosta a Tokyo, sommergendo gran parte della città. Nella primavera del 2024, terminato il periodo di prova, Hodaka si diploma e torna a Tokyo per iniziare l'università. Incontra Suga, che ha ampliato la sua attività. Dopo che Suga lo incoraggia a trovare Hina, Hodaka la trova a pregare su una strada che si affaccia sulla città annegata. I due si riuniscono e Hodaka le promette che andrà tutto bene.