En la escuela, Mio Miyamasu y su compañero de clase y amigo de la infancia Arata Kishimo discuten sobre el límite entre el cielo y el espacio, sugiriendo Arata que se llama "sobre el cielo". Después de su examen de notas, Mio es abordada por su mejor amiga Madoka y se entera de que a ella también le gusta Arata, lo que le causa malestar ya que le cuesta admitir sus sentimientos. Arata comienza a ver varios orbes blancos mientras visita una tienda de adivinación con Mio. Los dos discuten después, y Mio deja a Arata tras cuestionar su relación. Por la noche, Mio, con el corazón roto, decide contar sus verdaderos sentimientos por Arata, pero se ve envuelta en un accidente de tráfico.

Al día siguiente, Mio intenta acercarse a Arata pero parece pasar desapercibida para él. Mientras regresan a casa, Mio es transportada a un mundo diferente llamado "World Border" y conoce a su personaje favorito Gimon. Mientras Gimon guía a Mio a un nuevo mundo en el que lo olvidará todo, les detiene una chica vestida de kimono que se presenta como Kiku-chan. Kiku-chan le explica que llegó accidentalmente a World Border debido a una experiencia extracorpórea, y que necesita volver al reino humano utilizando un billete de tren y el "deseo" de regresar. Mio se pone en contacto con Arata, que responde misteriosamente mientras está en un hospital para visitar el cuerpo inconsciente de Mio. Mio, Gimon y Kiku-chan llegan al Mostrador de Cosas Olvidadas, pero Mio tiene problemas para contarle al oficial de objetos perdidos sus recuerdos con Arata, así que visitan a la diosa, la señora Mori, para que les ayude. Tras la misteriosa llamada de Mio, Arata vuelve a pedir ayuda a la pitonisa, pero su alma abandona repentinamente su cuerpo para llegar a la Frontera del Mundo.

A pesar de conseguir un billete del funcionario de objetos perdidos, el guardián de la Frontera Mundial, Mogari, impide que Mio regrese al reino humano. Con la ayuda de Gimon, Kiku-chan y Arata, Mio regresa al reino humano pero no puede reunirse con su cuerpo. Arata lleva el cuerpo inconsciente de Mio al acantilado donde tiene un gran recuerdo con ella y espera que su alma regrese. Mio, aceptando su destino, resuelve firmemente volver al reino humano, recordando finalmente su "deseo" de decirle a Arata su amor por él. Regresa con éxito al reino humano y se reúne con Arata.