Kisah diatur satu bulan setelah komet telah jatuh untuk pertama kalinya dalam seribu tahun di Jepang. Mitsuha, seorang gadis SMA yang tinggal di pedesaan, ingin hidup di kota karena dia bosan hidup di negara ini. Kemudian, ada Taki. Dia seorang siswa SMA yang tinggal di Tokyo dengan teman-temannya saat bekerja sebagai bagian-timer di restoran Italia. Dia juga memiliki minat yang kuat dalam seni rupa yang melibatkan arsitektur. Suatu hari, Mitsuha mimpi dirinya sebagai seorang pemuda. Di sisi lain, Taki juga memiliki mimpi di mana ia adalah mahasiswi menghadiri sekolah tinggi di pedesaan. Apa rahasia di balik mimpi-mimpi mereka? Hanazaki Kensuke bertemu dengan Kobayashi Yoshio, seorang anak yang tak bisa mati karena terkena efek dari “Kabut yang Tak Teridentifikasi”.Anak ini rindu akan kematian dan enggan bersosial dengan orang lain. Karena tertarik dengannya, Hanazaki mengajaknya untuk bergabung dengan Klub Detektif Anak. Pertemuan keduanya adalah awal dari takdir yang menghubungkan mereka bersama Akechi Kogorou dan penjahat terbesar era ini yang dijuluki “Si Muka Dua Puluh”.