大海中一只小金鱼偷偷离开她的家，乘着水母来到外界的世界，却不慎卡在海洋垃圾里的玻璃罐内，这时救了她的是一个小男孩“宗介”。

宗介将金鱼救出后把她取名为“波妞”，并决心要保护她。喜欢上宗介的波妞，开始想要变成人类。

海神的女儿波妞从深海出逃玩耍，却被困在玻璃瓶里冲到岸上，碰巧被住在岸边悬崖的宗介救出，两人因此相识。但是波妞的父亲——魔法师藤本，认为人类世界肮脏丑陋，强行把波妞带回海里。面对父亲的阻挠、席卷小镇的海啸，以及永远失去魔法的威胁，波妞仍然大胆而坚决地决定——要变成人类跟宗介在一起。而承诺要永远保护波妞的宗介，也即将面临新的挑战...

故事发生在一个大型虚拟世界“OZ”成为主流的世界，有超过十亿人使用、并在那个虚拟世界中有分身角色，而擅长数学的男主角小矶健二则是OZ的低阶管理员。暑假期间、健二所暗恋的美女学姐、本作的女主角篠原夏希的曾祖母阵内荣即将过九十岁大寿，由于夏希答应了曾祖母要找到一名值得信赖的男朋友，便找健二帮忙冒充男友。

在筹备寿宴的前夕，健二在自己手机上收到一封藏有密码的电子邮件，他出于好奇便利用自己的数学天分解开代码，并且毫不怀疑地将结果回传到寄件人手中，随后OZ发生了一起网络入侵案件，而解开密码的健二意外成为网络罪犯。

由于OZ遭到入侵，全世界的电子系统大乱，GPS无法使用、基础设施遭到破坏、交通堵塞严重、消防和医疗通讯管道崩溃，过度依赖OZ的人们一筹莫展。在此时、没有在使用OZ的曾祖母阵内荣得知这个状况后，认为日本正处于战争状态，便一一打电话联系自己的亲属和她于过去所认识、且在社会中有着重要地位的人物，尝试激励他们对于这次混乱情况作出紧急因应。因为曾祖母的生理监控系统也依赖于OZ，于是在OZ陷入混乱后系统无法正常通讯下，次日凌晨曾祖母便因为心绞痛发作却无法即时服药而辞世。而被当作犯人的健二也追查出犯人“Love Machine”的目标和意图，根据叔公阵内侘助的提议，提出利用“Love Machine”贪玩特性以花札赌博，以家族全部“OZ”账号来赌回被盗取的“OZ”账号，虽然曾一度失误而输掉大量赌本，但全世界的OZ使用者受到了号召，纷纷贡献自己账号作为继续下注的赌本，最后夏希以纯熟的玩法夺回了几乎全部被盗账号。

“Love Machine”在不甘心之下，控制了一个返回式卫星的“OZ”控制账号试图让人造卫星坠落阵内家作为报复，结果健二利用自己的数学能力修改卫星GPS参数以修改着落点使其偏轨远离阵内家，而“Love Machine”控制的主账号也被挫败摧毁。轨道偏离的卫星最终坠落在阵内祖宅旁，砸出一个温泉眼，而家族按照曾祖母的遗愿召开了一场冥诞与追思会，已经爱上健二的夏希也在最后给了健二脸颊之吻。

时间是1990年代至2000年代的日本，远野贵树与篠原明里原本是同班同学的好朋友，自从小学毕业之后，两人因搬家都没有再见一次面。分隔两地的两个人，靠着书信往来保持联络，直到贵树知道即将跟随家人搬到鹿儿岛，距离明里更远的地方，于是两人约定了再见面的时间。计划好的行程，却遇上了暴风雪。之后大家都长大了，各有各的生活，但对彼此的思念，一直留在心中。

本片由三个故事构成，分别是〈樱花抄〉描述贵树和明里的重逢、〈宇航员〉描述在别人眼中的贵树、〈秒速五厘米〉描述之后他们各人的生活事情和贵树内心的徬徨。

本作品是由〈樱花抄〉、〈宇航员〉、〈秒速五厘米〉3篇短编故事构成。

樱花抄(约28分钟)

东京的小学生，远野贵树和篠原明里是青梅竹马的朋友。小学毕业之后，原本与贵树考上同一所中学的明里因父母工作关系突然要转校至栃木县下都贺郡岩舟町，在那之后只能通过书信联络。升上初中后的第一年冬天，因父母工作关系需转校到鹿儿岛县种子岛的贵树，与明里在信中约定，于转学前的数天乘坐火车前往栃木县下都贺郡岩舟町车站见面，但是他们相约见面的那天，却下起了大雪……

宇航员(约22分钟)

种子岛的高中生澄田花苗自初中以来就喜欢上了从东京转校过来的同学远野贵树，却一直无法说出口。花苗知道了贵树要前往东京升读大学后，打算将心意诉说出来。日本的探索卫星也在这段时间于种子岛宇宙中心地发射……

秒速五厘米(约15分钟)

根据小说设定约发生在樱花抄的15年后，远野贵树大学毕业后，选择一个人在东京工作，但不知道是什么原因，他的心好像被什么束缚了一样。通过主角已成为大人的自问自答以及借由贵树生活情境的画面快速切换，将贵树心灵的彷徨感表现得淋漓尽致。最后贵树终于和明里在小时候曾约定的平交道上偶然擦身而过，但在电车自两人间通过后，明里离开了。而贵树也决定潇洒地转身走向属于他的未来。