Một thanh niên trẻ, Kaneda, bị giằng xé bởi chứng mất trí nhớ tạm thời do chấn động tâm lý gây ra sau khi nhìn thấy thi thể của người bạn cùng lớp Hiwako Shima. Sau khi được một ân nhân bí ẩn đưa về từ bệnh viện, cậu trở lại trường học và cố lắp ghép lại những mảnh ký ức về vụ việc hôm đó. Để khiến cho mọi chuyện trở nên thêm phần rắc rối, ký ức của cậu được hình thành tạo ra một thực thể vô thực, đầu có hình dáng của vầng trăng khuyết. Cùng nhau, họ bắt đầu đi tìm lời giải cho bí ẩn về cái chết của Hiwako.