Харуто Каваи состоит в киноклубе. Он хочет осуществить свою мечту — снять свой собственный фильм. Но он теряет страсть к его снятию, когда узнает, что лучший друг, а также хороший соперник парня, Юскэ Хина, скоропостижно скончался в прошлом году.
Однажды Харуто встречает Махиро Сэндо. Она просит Харуто снять с ней фильм. Также она говорит, что была вместе с Юскэ, когда тот погиб, и что он умер из-за неё. К тому же, сестра Юскэ, Аска Хина, упрекает её в убийстве брата.
В жизни Эйи Аракавы было всё, но она всё равно изо дня в день испытывала чувство невыносимой скуки. Сколько бы её ни упрекали за чёрствость, она продолжала вести себя, словно ничего не произошло. Снедаемая чувством неудержимого любопытства, девушка согласилась на встречу с двумя молодыми людьми, которые якобы состоят в гомосексуальных отношениях, только потому, что не смогла представить, как кто-то бросил её подругу ради другого парня. Так, неожиданно для себя, Эйя познакомилась с Югой Отой — молодым человеком, одержимым одной единственной мыслью — иметь рабов. Не теряя времени даром, юноша предложил ей рисковую затею с известным в узких кругах устройством SCM, которое влияет на человеческое сознание, и она согласилась стать его союзником в игре, попирающей своим существованием все мыслимые моральные устои. Так началась их история.
Макото Окано перевёлся в школу в своём родном городе. Он проводит счастливые школьные дни со своей сестрой Хинатой, одноклассником-шутником Татибана, подругой детства Сикоин и другими друзьями.
Однажды, после школы Макото услышал, как кто-то играет на губной гармошке. Эта мелодия вызывала в нём воспоминания детства. Следуя за ней Макото оказался на крыше школы. Там он увидел девушку на фоне заката. Это была Минамо Нарукадзе, она с улыбкой обернулась к нему. Минамо была подругой Макото, но в течение многих лет они жили отдельно и совсем не общались.
Скрывая свои истинные чувства, Макото и его друзья продолжают свою школьную жизнь. Их истории в этом таинственном городе ещё только начинаются.
История, происходящая в токийском районе Икэбукуро, поведает о Мио и Арате — друзьях детства. Вот только Мио воспринимает Арату немного иначе и испытывает к нему чувства, давно преодолевшие дружеские. Однажды между ними вспыхивает ссора, но Мио в конце концов решает помириться с другом, совсем не зная, что ждёт её впереди. Из-за дождя девочка попадает в аварию и, к своему удивлению, просыпается в другом, совершенно незнакомом ей мире.
Марион — юный школьник, гордящийся тем, что привержен философии, которую он сам именует «рационализмом». Его философия диктует презрение к проявлению чувств, поэтому он игнорирует всё, что даже отдаленно похоже на привязанность и любовь. Однако, запутавшись в романтических отношениях с женщиной старше него, он начинает понимать, что его «рационализм» — лишь прикрытие для его собственной эмоциональной незрелости. Учась любить, Марион расцветает в объятиях возлюбленной, но, к сожалению, ему ещё предстоит узнать истинную цену этой связи.
Люди, считающие себя венцом творения, создают искусственную жизнь, полагая, что могут её контролировать. Но в один момент она начинает развиваться вне зависимости от их воли, оставляя людей далеко позади и отрицая возможность дальнейшего сосуществования. В этот момент рождается Мегаструктура, многоуровневый бесконечный лабиринт, в котором люди ведут постоянную борьбу за выживание. Однако в этой, казалось бы, безнадёжной ситуации, в сердцах людей ещё теплится надежда на будущее. Сетевые Терминальные Гены. Отыскавший их сможет подключиться к Сетевой сфере и остановить рост Мегаструктуры, но найдётся ли тот, кому это по силам.
История вращается вокруг четырнадцатилетнего мальчика Хиро Хамады, который в результате загадочного несчастного случая потерял своего родного брата Тадаси, и Бэймакса, персонального робота-компаньона, разработанного его братом. Действие фильма происходит в вымышленном городе, который сочетает в себе образы Сан-Франциско и Токио.