Na biblioteca de sua escola, Sakuta Azusagawa se depara com uma visão peculiar: uma estudante popular, a ex-atriz Mai Sakurajima, caminhando pelos corredores vestida com um traje de coelha. O que torna o encontro ainda mais bizarro é a constatação de que, por algum motivo inexplicável, ele é o único capaz de enxergá-la.

Ao investigar o caso, Sakuta descobre que Mai é vítima da chamada Síndrome da Adolescência — um fenômeno urbano que manifesta inseguranças e traumas juvenis em eventos sobrenaturais. Conforme a dupla tenta desvendar o mistério por trás da invisibilidade de Mai, eles acabam se aproximando, dando início a uma relação que vai muito além da simples busca por respostas científicas.