"Duniaku dan duniamu saling terhubung. Dipisahkan oleh langit dan bumi, tumpang tindih di satu titik."

Kisah ini menceritakan tentang seorang gadis, Patema (Yukiyo Fujii) yang terjatuh ke poros dunia vertikal yang membawanya ke permukaan dunia luar. Rasa takut menyelimutinya karena tempat itu "terbalik" dengan gravitasinya. Tak selang lama, Patema bertemu dengan Eiji (Nobuhiko Okamoto), seorang lelaki yang sering merenungi sesuatu yang sangat berharga dalam hidupnya, yaitu Ayahnya.
Berawal dari sinilah, kisah insan dua dunia dimulai!