故事发生在架空历史的战后日本，国家被南北分割，北方由北海道联盟控制，南方则处于美军统治之下。青森县少年藤泽浩纪和白川拓都，与少女泽度佐由理一同度过平静的中学时光。三人心中共同向往着海峡对岸那座耸入云霄的神秘巨塔——据说那是一座与平行世界相连的装置，也是他们约定要一起飞抵的地方。

为完成约定，浩纪与拓都利用废弃零件秘密组装一架小型飞机。然而，佐由理却突然陷入沉睡，并被送往东京治疗。她的失踪让两人分道扬镳，各自在现实中沉浮。几年后，浩纪偶然发现佐由理的沉睡之谜竟与巨塔的能量波动相关，而拓都则已加入研究巨塔的机构。三人再度汇聚，真相逐渐揭开：巨塔的启动可能引发平行世界崩溃，而佐由理正是连接两个世界的“钥匙”。

在风雪与云海之间，浩纪驾驶着那架承载少年梦想的飞机，前往云之彼端的约定之地。他必须在拯救佐由理与守护世界之间做出选择，而佐由理也在梦中等待着他的到来。影片以细腻的笔触描绘青春、离别与重逢，将科幻设定与情感羁绊交织，呈现新海诚早期作品中特有的唯美与忧伤。