Действие аниме происходит в Японии с 1990-х годов и охватывает более десяти лет жизни главного героя Такаки Тоно. Сюжет разделен на три части, каждая из которых представляет отдельный период его жизни. Первая часть под названием "Отрывок о цветущей сакуре" начинается в 1994 году, когда Тоно заканчивает младшие классы школы и знакомится с девочкой Акари.
Из-за переезда семьи Акари в другой город молодые люди вынуждены расстаться, но продолжают общаться посредством писем. Через год Тоно решает передать Акари письмо с признанием в чувствах. При встрече происходит их первый поцелуй, но письмо теряется, после чего их пути окончательно расходятся. Во второй части "Космонавт" показана жизнь Тоно в средней школе, где в него влюбляется одноклассница Канаэ Сумида.
Третья часть "5 сантиметров в секунду" изображает Тоно уже взрослым человеком, работающим по специальности. После расставания с девушкой, с которой у него были долгие отношения, герой теряет интерес к работе и смысл жизни. Во время случайной прогулки по окраинам города происходит его неожиданная встреча с Акари - его первой любовью из школьных лет.
