故事发生在绿色都市：风祭。居住于这座以“文明与绿色共存”为理念而兴建的都市里的天王寺瑚太朗，与神户小鸟、吉野晴彦等伙伴过着平凡的每一天。在那么和平的风祭市里，每年都有一段时间特别热闹，那就是举城欢庆的收获祭。为了这个类似于文化祭的大型活动，瑚太朗开始干起收集新闻素材的工作。
同一时间，瑚太朗的身边也开始出现种种无法解释的奇怪事件，而在风祭这个地方，正盛行着各种未知生物以及超自然现象之类的流言。瑚太朗开始着手调查这些事件，并向超自然研究会会长千里朱音寻求帮助，还把自己所认识的同学们也一并卷了进来。这其实是瑚太朗的小小冒险心在作怪。“要是能跟伙伴们一起打打闹闹地生活下去，那该多好啊。”瑚太朗这时还没有意识到，自己的行动已经和探寻那谁也不知道的“真实”联系在了一起。那个女孩的命运，能够被改写吗。故事依照顺序总共分成三个部分：超自然研究社成员篇、月球(Moon)篇、地球(Terra)篇。
超自然研究社成员篇(游戏对应路线：小鸟、千早、朱音、静流、露西娅路线;动画对应集数：第一期1-13集)
天王寺瑚太朗和小鸟、千早、朱音、静流、露西娅组成超自然研究社，结识了千早的名义兄长(管家)咲夜，开始着手调查风祭市的超自然事件。过程中瑚太朗开始和超自然研究社成员建立深厚的情谊，遇见了神秘的少女——篝，同时也发掘出自己的超能力。但随着站在顺从星球意识和主导净化地球立场的“盖亚”组织与主张站在人类方奋斗的超能力者组织“守护者”的冲突浮出台面，超自然研究社成员亦因各自理念不同和卧底身份曝光而开始疏远彼此。游戏中视乎玩家决定和超自然研究社成员发展不同结局。
月球(Moon)篇(游戏对应路线：月球线;动画对应集数：第二期14-16集)
天王寺瑚太朗趁夜于荒废的风祭市游荡期间，在雏菊之丘遇见了独自进行研究的篝，经过几度挫折后终如愿与篝顺利交流。篝向瑚太朗透露自己身为星球意识的化身，同时道出地球的资源和能量已被消耗至所剩无几，现时瑚太朗所处的世界其实转移和运用地球残存的万能之力建立的月球世界。她在数度利用箱廷理论推演能够延续世界的可能性的过程中，因为遇及瓶颈导致进度停滞不前，此时瑚太朗在篝的推演版图留下“希望有一天还能和你相见”的留言和签名，帮助篝创造延续世界的全新可能性，同时也查觉自己存在着先前于各种可能性世界和超自然研究社成员互动的记忆，以及数年的记忆空白。
同一时间，“盖亚”组织的幕后领导者加岛樱遣送众多魔物阻挠瑚太朗和篝的计划，瑚太朗集结先前在各种可能性世界邂逅的超自然研究社成员及咲夜前来援助，瑚太朗的同学们也随之应战，“盖亚”和“守护者”阵营亦展开对决;但后来超自然研究社、瑚太朗的同学们、部分“盖亚”和“守护者”的成员陆续不敌阵亡，连召唤各世界可能的自己和变身成魔物姿态迎战的咲夜也为此牺牲，最终月球篝为了实践延续世界的可能，将月球上所有的能量连同瑚太朗传送至已荒芜的地球。
地球(Terra)篇(游戏对应路线：地球线;动画对应集数：第二期17-24集)
最后的章篇中，揭晓了天王寺瑚太朗的过去：瑚太朗在少时和隶属“盖亚”组织的双亲不睦，为了宣泄自我而经常在树林间猎杀小型魔物，直至某次“盖亚”和“守护者”的阵营冲突中，瑚太朗被风祭区“守护者”阵营领导者江坂宗源所救，受其发掘加入“守护者”组织锻炼。瑚太朗在此世界执行任务期间邂逅和选择放过地球的篝，自愿参与“守护者”战区任务期间察觉“守护者”阵营和自己理念相悖，遂救出被“盖亚”培训为魔物使的孩童和抢先接触尚未加入“守护者”的超能力者，创办兼容魔物使和超能力者的第三势力阵营。为了帮助地球篝创造延续星球可能性的“星球的美好回忆”，瑚太朗开始担任渗透“盖亚”和“守护者”双方阵营的间谍，背叛“守护者”阵营和亲友;然而加岛樱仍主导“盖亚”阵营让篝启动毁灭地球的“救济”行动。最后瑚太朗委托“守护者”同僚今宫新和西九条灯花救出幸存者，为阻止“救济”和地球篝汇合与亲自手刃后者，随后自己受过度运用超能力的副作用影响魔物化而变成一株大树。
“救济”落幕三年后，当年的幸存者展开全新的生活;瑚太朗发现的魔物及超能力的运用技术和事迹也一并公诸于世;被灯花抚养成长的小鸟、千早、朱音、静流、露西娅为实验己身技术，从瑚太朗化身的大树召唤出魔物化的后者。瑚太朗偕同五人缔结契约，带领一行人飞向和登陆月球，故事以六人和种苗型态(动画版为人形状态)的月球篝再会作结。
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