Il 29 maggio, Sakuta Azusagawa si sveglia da un sogno confuso e trova un diario che descrive come, il 6 maggio, ha incontrato un senpai di scuola che indossava un costume da coniglietta nella biblioteca pubblica. Il suo nome, tuttavia, è stato cancellato dal diario. Mai Sakurajima, una celebrità adolescente, era andata alla Biblioteca Fujisawa quel giorno per testare se la gente lì poteva ancora vederla.

Rio Futaba spiega la sua comprensione della "Sindrome dell'adolescenza" usando la meccanica quantistica e il gatto di Schrödinger. Sakuta continua a discutere con Mai della sua situazione. Sakuta rivela di conoscere il conflitto tra Mai con il suo manager (che anche sua madre).

La mattina dopo, Sakuta rivela di non aver dormito tutta la notte. A scuola, scopre che i suoi coetanei, tra cui Yuma e Tomoe (la ragazza che aveva incontrato prima del suo "appuntamento"), si sono dimenticati di Mai. Rio propone come spiegazione, "l'atmosfera della scuola" e il sonno notturno hanno fatto sì che gli studenti non la ricordano più.

Il 27 giugno, Sakuta passa la giornata pranzando con Mai, che accetta i suoi sentimenti per lei, e incontra Tomoe la quale gli chiede aiuto per evitare le avances di un ragazzo della squadra di basket. Tuttavia, il 27 giugno inizia a ripetersi mentre Sakuta si trova bloccato in un ciclo temporale senza fine, Rio attribuisce il fenomeno al demone di Laplace.

Ora, la pseudo-relazione di Sakuta e la reputazione di Tomoe inizia a vacillare quando brutte voci sul conto di Tomoe cominciano a circolare a scuola. Durante un appuntamento alla stazione ferroviaria, Maezawa (il giocatore di basket interessato a Tomoe) schernisce la coppia e istiga Sakuta a combatterlo.

Il 18 luglio, il giorno prima della pausa estiva, Sakuta e Tomoe accettano di interrompere la loro relazione "romantica" dopo un appuntamento sulla spiaggia. Tuttavia, Sakuta sperimenta un altro "loop" temporale che ripete il 18 luglio più volte; a differenza del primo, questa volta Tomoe non è a conoscenza del "loop".

Durante una visita alla biblioteca, Sakuta parla con Rio di Shoko quando nota che ha i capelli sciolti ed è senza gli occhiali. Dopo aver incontrato Mai, la coppia vede Rio entrare in un Internet café; quando Sakuta cerca di chiamarla al telefono, scoprono l'esistenza di due Rio.

Il nuovo semestre scolastico è iniziato, anche se Sakuta, a cui è stato impedito di avere appuntamenti pubblici con Mai a causa della politica della sua agenzia, da un pò di tempo non riesce più a contattarla. Dopo averla individuata per strada, scopre che il suo corpo e stato scambiato con Nodoka Toyohama, una idol e sorellastra minore di Mai

Sakuta trova una scatola di latta nell'armadietto a casa di Mai. Quando torna a casa, Kaede lo saluta con la sua uniforme scolastica, mentre Mai gli dà i biglietti per il prossimo concerto del gruppo idol di Nodoka. Mai nel corpo della sorellastra eccelle nella performance, Nodoka è sconvolta quando osserva sua madre lodare Mai.

In una conferenza stampa, Mai approfondisce il ruolo di Sakuta nella sua vita il quale a influenzato la sua decisione di tornare a recitare. Ispirata, Kaede decide di organizzare un elenco di obiettivi che include rispondere al telefono, uscire e andare a scuola. Sakuta riceve una lettera dalla Shoko del suo passato.

Sakuta spiega le condizioni di Kaede a Mai e a Nodoka: a causa del cyberbullismo, Kaede ha iniziato a sperimentare l'amnesia dissociativa. Preoccupata per lei, la madre soffrì di un esaurimento nervoso e a Sakuta comparvero le cicatrici sul petto. Quando legge una nota in un libro che le aveva prestato Kotomi, Kaede crolla mentre i suoi ricordi passati iniziano lentamente a tornare, con il rischio di dimenticare la sua vita attuale.

Mentre visita Kaede in ospedale, Sakuta scoppia in lacrime e si rammarica della sua incapacità di salvare la sua vita precedente, causando la riapertura delle sue cicatrici. La Shoko adolescente, che aveva incontrato quando era più giovane, cura le sue ferite. Shoko legge poi a Sakuta le voci dal diario di Kaede che aveva iniziato a scrivere poco dopo la sua perdita di memoria iniziale.