文化祭が近づく内浜学園。 2年生の秋山奏と幼なじみの同居人・佐々木佳織が所属する天文学会は、文化祭にはプラネタリウムを作ろうと盛り上がり、 一方で学生会からは各学会で起こるトラブルを解決してほしいと依頼される。 そんな中、奏のなにげない一言で傷ついた佳織。 ギクシャクする奏と佳織だが、皆で星を見に行った先で、愛理たちのはからいもあり仲直りをする。 翌日、佳織は部室で奏に好きだと打ち明けた。 が、奏からの返事を聞かないまま、その帰り道でバス事故に巻き込まれてしまう……。

旧校舎5階の踊り場に裸で倒れていた少女を発見する奏と佳織。 なぜか奏の名を呟く少女は、古川ゆいと名乗ったものの、他のことに関しては何も思い出せないという。 後日、記憶は戻らないものの内浜学園の転入生だということが判明した。 時を同じくして、学園では幽霊の目撃談が相次ぎ、そして町では突然眠りに落ちる症状の人が現れているという。 そんな中、天文学会は学生会から各学会で起こるトラブルの解決、そして幽霊騒動について探ってほしいと依頼される。

初めて奏と会った日の夢を見て目覚める愛理。 寝覚めの悪いまま学園へ向かった愛理は、毎度おなじみの奏と佳織の夫婦のようなやりとりに少しセンチメンタルになり、佳織と仲良くなった頃のことを思い出す。 一方、転校生のゆいはどういうわけか人が変わったようにしっかりし始めた。 柔道部員とのトラブルでは佳織を守るような言動を見せる。 そして幽霊の一件は、調査の結果、映画研究会によるイタズラだと判明。 しかし映画研究会の預かり知らぬところでも幽霊の影が……？

映画研究会が幽霊騒動のお詫びにと差し出した古いカメラにハマってしまった奏。 昼休み、「ピクニックに行こうか」とふと呟いた奏の一言で、天文学会一同は学園をこっそり抜け出した。 バスに飛び乗り、行き着いた先は星ヶ丘渓谷。そこは佳織と奏にとって思い出の場所でもあった。 佳織は、岩の上で転んで手首をケガしてしまう。そのことにひどくショックを受けているゆい。 靴を拾うために協力する奏とゆいの姿に、佳織はなぜか胸がざわめくのを感じるのだった…

学生会が文化祭で使う予定だったPCを壊してしまった愛理。 なんとか代わりを調達すべく、凪沙、愛理、ケニー、奏はPC研究会に乗り込んだ。 しかし、突然の天文学会来襲に慌てふためくPC研究会の女子メンバーは、 PCを貸してほしいという申し出をなぜか頑なに拒否する。 一方、部室に二人きりとなった佳織とゆいは文化祭の衣装を作っていた。 佳織は、ずっと気になっていた質問をゆいにぶつける。 倒れていたあの日、奏の名を呼んだのはどうしてなのか、と。

現像に出していた渓谷の写真を引き取りに行くことになった奏と凪沙。 その途中、一人の青年が凪沙に声をかけてくる。なんとそれは凪沙のフィアンセ・麗藤光だった。 なぜか凪沙は突然奏のことを「私の好きな人」と言って麗藤に紹介する。しかし余裕を見せている麗藤。 奏は動揺するが、強引な凪沙のもと、3人でデートをすることになる。アミューズメントセンターでゲームに興じる凪沙。 この妙な状況を一見楽しんでいるようだが、ふと自分の不自由な境遇についての思いを奏に語る。 奏は麗藤に対抗心を燃やし、ゲームで対決を挑んだ。

休日。文化祭で提供するお菓子作りの練習をするため、 そしてプラネタリウム製作を進めるため、 凪沙をのぞく天文学会メンバーは佳織の家に集まる。 部屋で二人きりになった奏とゆい。 完成が近づいてきたお手製のプラネタリウムの星を見ながら、 ゆいはある人との記憶を奏に語る。切なげなゆいに心動かされる奏。 そして、以前から奏に対するゆいの距離感が気になっていた佳織は、 偶然、ゆいが奏に伝えた「とても大切な人」という言葉を聞いてしまう。

ゆいが奏のことを好きなのだと思い込む佳織。 一方、ゆいは佳織に「明日の放課後話があるので必ず教室で待っていてくれ」と伝える。 翌日の夜、星を見に行く天文学会一同。そこで佳織は奏に想いを打ち明けた。 奏からはっきり答えをもらえないまま、翌日、奏とゆいが廊下で親しげにしているところを見かけ胸を痛める佳織。 ゆいと顔を合わせたくない佳織は、放課後そのままゆいを待たず帰ろうとする。 ゆいは佳織を追いかけるが、二人はすれ違ったまま、暴走するバスが佳織を襲う……。

15年後の未来。 奏と愛理は、バス事故により意識が戻らず眠ったまま、医学ではどうすることもできない佳織のため、 凪沙の設立した研究所で研究を続けてきた。 行き着いたのは、ヒューマノイドを作りそこに佳織の記憶を移植すること。 しかし移植は失敗する。ヒューマノイドは別の人格を持って起動してしまったのだ。 奏は、ずっと部室に置かれていた謎の箱――量子チューリングマシン「AIユニット」を使ってヒューマノイドを過去に送り込み、バス事故から佳織を救うことを思いつく。

これまで何度も同じ14日間を繰り返していたゆい。 因果の鎖の力は強大で、どうしても佳織を救うことができずにいた。 学園内の幽霊も、眠ったまま目覚めない「内浜症候群」もゆいが現れたことによる現象だった。 回を重ねるごとにその被害は甚大になっている。もう後がない。そしてまた10/1が始まる。 佳織の家でお菓子作りをしている日。 ゆいは、佳織に「奏のことを好きなのではないか」と尋ねられ動揺する。 さらに佳織は、奏もゆいを好きだと思うと告げた。 混乱するゆい、佳織の家を飛び出していく……。

奏と佳織が結ばれることが未来の奏の願いだと思っていたゆい、 気持ちの整理がつかず学校から姿を消す。 佳織を助けるとゆいの存在は消えてしまう……。 葛藤の中、これまでに繰り返した14日間、 そして未来の奏の言葉を思い返すゆい、あることに思い至る。 二人きり並んで星を見ながら、ゆいは奏に、 「明日、佳織からの告白に返事をしてほしい」と伝える。

文化祭準備にいそしむ天文学会。 そこには元気な佳織の姿がある。 しかし皆の記憶からゆいの存在は消えていた。 奇妙な喪失感を抱える天文学会一同。 一方、未来の奏は「どんな因果があっても自分はゆいを作ったのではないか」と愛理に話す。 「佳織が目覚めてもまた自分はゆいを作る」と。 そこへ、佳織が目覚めたと連絡が入るのだった。