Morishima Hodaka - một cậu học sinh năm nhất, chán ngấy với cuộc sống ở một hòn đảo hẻo lánh quyết bỏ nhà lên Tokyo. Trên đường băng qua đại dương bằng chiếc phà, bão lớn đánh vào phà, cậu được cứu bởi một người đàn ông trung niên tên Suga Keisuke. Keisuke đưa danh thiếp của mình cho cậu để tiện liên lạc. Tại Tokyo, Hodaka còn quá trẻ để xin việc hợp pháp, cậu không được nhận lần này đến lần khác, phải ở tạm một con hẻm với số tiền ít ỏi trong túi. Amano Hina - một cô gái chạc tuổi Hodaka, làm việc trong nhà ăn đã bắt gặp cậu và đưa cậu một chiếc bánh Hamburger vì cậu đã ăn ở đó trong ba đêm liên tiếp. Thời gian sau, Hodaka được Keisuke thuê làm một công việc ổn định cho tòa soạn của ông là soạn thảo những bài viết về các hiện tượng siêu nhiên. Cùng với người cháu của Keisuke là Natsumi tại tòa soạn, hai người họ khám phá truyền thuyết liên quan đến sự thay đổi thời tiết đột ngột ở Tokyo. Từ đó họ biết về truyền thuyết về 'cô gái nắng' và 'cô gái mưa', người con gái có khả năng điều khiển thời tiết.
Vào một ngày mưa, Hodaka chứng kiến cảnh Hina bị chủ một câu lạc bộ mờ ám kéo vào, cậu liền lao vào cứu cô. Hai người trốn chạy tới gần một toà nhà bị bỏ hoang, tại đó Hina giận dữ hét lên vì cậu đã can thiệp công việc của mình. Cuối cùng, Hina bình tĩnh lại và cho cậu xem sức mạnh của mình. Lấy cảm hứng từ ý tưởng 'cô gái nắng', cậu cùng Hina bắt đầu dịch vụ dùng khả năng ngừng mưa gọi nắng của mình vào những dịp đặc biệt. Trong khi đó, Suga và Natsumi tiếp tục khám phá truyền thuyết liên quan đến cô gái mưa. Hai người họ đến thăm một linh mục và được ông kể truyền thuyết về thiếu nữ thời tiết có sức mạnh siêu phàm.
Tại nhà của Hina, Hodaka trốn trong nhà tắm khi có cảnh sát đến thẩm vấn cô, người này hỏi rằng cô có gặp Hodaka trước đây không. Sau đó được tiết lộ rằng cha mẹ của Hodaka đã báo cảnh sát cậu bị mất tích và họ sẽ đưa cậu về lại hòn đảo. Một cảnh sát thông báo Hina rằng Bộ dịch vụ xã hội sẽ tới và đưa Nagi, cậu em trai của Hina đi, vì hai người còn là trẻ vị thành niên và không có người giám hộ hợp pháp nào cả. Khi cảnh sát rời đi, Hodaka bước ra, cậu đến gặp Suga trong xe, Suga trả tiền trợ cấp cho cậu và cho thôi việc cậu. Hodaka sau đó quyết định bỏ trốn cùng với Hina và Nagi.
Ba người dừng chân tại một khách sạn để nghỉ qua đêm, tại nơi đó Hina tiết lộ cơ thể mình đang dần biến thành nước. Cô giải thích rằng mình chính là nguyên nhân thời tiết bất thường mây ngày nay và cách duy nhất để đưa nó trở lại bình thường là cô phải tự hiến tế mình. Hodaka từ chối để điều này xảy ra và cậu hứa sẽ bảo vệ Hina tới cùng. Ngày hôm sau, Hodaka thấy Hina mất tích, cậu liền lên đường tìm cô nhưng bị cảnh sát bắt lại. Cậu bỏ trốn tới toà nhà bỏ hoang có cổng đền nơi Hina có được sức mạnh. Bên trong, cậu gặp Suga, ông cố ngăn cậu lại. Cảnh sát ập vào và Hodaka cố gắng chạy trốn nhưng bị một sĩ quan bắt được. Suga cứu Hodaka bằng cách giữ chặt viên sĩ quan, cho cậu cơ hội trốn thoát. Hodaka nhảy vào đền thờ, cậu được dịch chuyển lên bầu trời và cứu Hina. Hai người nắm tay nhau rơi từ trên trời xuống, Hodaka cầu xin Hina hãy sống vì bản thân mình.
Ba năm sau, Hodaka tốt nghiệp cao trung và trở về thành phố Tokyo chìm trong biển nước để gặp lại Hina, người mà cậu đã không nói chuyện trong suốt nhiều năm. Trên đường đi đến nhà cô, cậu thấy Hina đang cầu nguyện và cuối cùng hai người được đoàn tụ.
