故事发生在沿海小镇的春日，临近毕业的高中生晴海一直暗恋着青梅竹马的晴子，却因害怕破坏两人多年的友谊而迟迟不敢表白。晴子性格开朗活泼，却也有着自己的秘密——她即将随家人搬往东京，却不知如何告诉晴海。

某天放学后，原本晴朗的天空突然下起太阳雨，两人躲进旧车站避雨。晴子随口提起“如果雨停时能看到彩虹，就说出心里最想说的话”的玩笑，却不料晴海当真。雨过天晴，彩虹高挂，晴海支吾着说出“想一直和你看同一片天空”，而晴子也终于坦白搬家的计划。

面对即将到来的分离，两人开始重新审视彼此的关系。在毕业典礼前的短短两周里，他们一起重走儿时玩耍的每个角落，完成未竟的心愿清单。晴海鼓起勇气为晴子拍摄专属“晴天纪念册”，晴子则教会晴海用相机捕捉每一道阳光。

最终，在樱花飞舞的站台上，晴海将纪念册递给晴子，里面夹着一张车票——那是他决定追随她前往东京的证明。两人约定，无论晴天雨天，都要并肩走过。影片以两人在东京新宿站重逢的定格画面收尾，阳光正好，笑容如初。