神尾观铃（川上伦子 配音）自小体弱多病，孱弱的身体令她无法去学校上课，只能整日待在家中。然而，观铃却并没有因此而变得郁郁寡欢，因为她相信，自己总有一天会遇见传说中的那个少年。国崎往人（小野大辅 配音）是一位旅行中的人偶师，他一直在寻找母亲所告诉他的“在空中的少女”。当往人遇见观铃之时，他发现，也许观铃正是他想要寻找的那个人。学业优秀的高中二年级学生村上良太（逢坂良太 配音）是天文部唯一一名成员，童年时代他曾有过十分要好的朋友“黑猫”，但在一次事故中，少女黑猫为了营救良太而被宣告死亡。
