En el instituto Kuranose de Tokio (Japón), Makoto Konno, de 17 años, descubre un mensaje escrito en una pizarra y acaba cayendo sin querer sobre un objeto con forma de nuez. De camino al Museo Nacional de Tokio para reunirse con su tía, Kazuko Yoshiyama, sale despedida hacia un cruce de ferrocarril cuando los frenos de su bicicleta fallan y es atropellada por un tren que se aproxima, pero se encuentra transportada al pasado, cuando iba en bicicleta justo antes del accidente. Tras contarle a Kazuko lo sucedido, ésta ayuda a Makoto a darse cuenta de que ahora tiene el poder de "saltar en el tiempo", la capacidad de viajar literalmente a través de él. Al principio, Makoto utiliza sus poderes para no llegar tarde, sacar notas perfectas, evitar percances e incluso revivir una sesión de karaoke durante varias horas, pero pronto descubre que sus acciones pueden afectar negativamente a los demás.

En consecuencia, Makoto utiliza la mayoría de sus saltos de forma frívola para evitar que se produzcan situaciones indeseables, incluida una incómoda confesión de amor de su mejor amiga, Chiaki Mamiya. Makoto se da cuenta de que tiene un tatuaje numerado en el brazo que indica el número limitado de veces que puede saltar en el tiempo. Utilizando sus saltos temporales restantes, Makoto intenta arreglar las cosas para todos. Cuando Chiaki llama a Makoto para preguntarle si ha estado saltando en el tiempo, ella utiliza su último salto temporal para evitar la llamada de Chiaki. Mientras tanto, el amigo de Makoto, Kōsuke Tsuda, y su nueva novia, Kaho Fujitani, toman prestada su bicicleta defectuosa. Makoto intenta detenerlos, pero como acababa de utilizar su último salto, no puede rescatarlos de ser atropellados por el tren.

Un momento después, Chiaki congela el tiempo. Al decirle a Makoto que viene del futuro, le explica que el objeto con forma de nuez es su dispositivo para viajar en el tiempo, y que lo utilizó para saltar en el tiempo con la esperanza de ver un cuadro que Kazuko está restaurando, ya que ha sido destruido en el futuro. Mientras camina con Makoto por la ciudad congelada, Chiaki le explica por qué se quedó más tiempo en su tiempo del que había planeado originalmente. En consecuencia, ha utilizado su último salto para evitar que Kōsuke y Kaho sufran el accidente de tren y ha detenido el tiempo sólo para explicar a Makoto que no puede volver a su propio período de tiempo, y habiendo revelado sus orígenes y la naturaleza del objeto que permitió a Makoto saltar en el tiempo, Chiaki debe marcharse. Entonces Makoto se da cuenta de que está enamorada de él.

Fiel a sus palabras, Chiaki desaparece cuando el tiempo se reanuda. Inicialmente angustiada por la desaparición de Chiaki, Makoto descubre que el salto en el tiempo de Chiaki restauró inadvertidamente su último salto en el tiempo: Chiaki saltó de nuevo al tiempo antes de que Makoto lo utilizara. Makoto lo utiliza para retroceder con seguridad al momento justo después de obtener sus poderes originalmente; Chiaki aún tendría su único salto temporal restante. Recuperando el dispositivo de viaje en el tiempo usado, explica su conocimiento de todo mientras se lo muestra a Chiaki. Makoto jura asegurar la existencia del cuadro para que Chiaki pueda verlo en su época. Antes de que Chiaki se marche, le dice a Makoto que la esperará en el futuro. Cuando Kōsuke le pregunta a dónde fue Chiaki, ella le dice que Chiaki se fue a estudiar al extranjero. Ella ha tomado una decisión sobre su propio futuro.