Apesar de levar uma vida pacífica como princesa de uma colônia subterrânea, a adolescente Patema anseia por escapar de seus confins industriais apertados e experimentar um lugar diferente. Enquanto sacia sua curiosidade explorando uma região conhecida como a "zona de perigo", ela é assustada por uma figura encapuzada e cai na escuridão de um abismo. Despertando com o céu sob seus pés e o chão pairando acima, Patema se vê agarrada a uma cerca à mercê de uma gravidade aparentemente invertida. Embora um estudante próximo chamado Age consiga resgatá-la, eles ficam se perguntando qual dos dois está realmente de cabeça para baixo.