Patema ist die Hauptfigur des Anime-Films Patema Inverted. Sie ist ein Teenager-Mädchen, das in einer kleinen unterirdischen Gemeinschaft lebt, die von Überlebenden gegründet wurde, nachdem ein fehlgeschlagenes wissenschaftliches Experiment die Schwerkraft umkehrte und viele Menschen in den Himmel fallen ließ. In ihrem Dorf hat Patema eine besondere Position als Tochter des Gemeindevorstehers inne, was sie so etwas wie die Prinzessin der Siedlung macht, und die anderen Bewohner betrachten sie als jemanden, der ein Vorbild sein sollte. Das Leben unter der Erde wird von strengen Regeln bestimmt, und die wichtigste davon verbietet das Betreten der Gefahrenzonen, der Schächte und Tunnel, die die Gemeinschaft umgeben. Niemand hat Patema jemals erklärt, was an diesen Orten tatsächlich gefährlich war, und ihre intensive Neugier macht die verbotenen Gebiete zu ihren Lieblingszielen.

Was die Persönlichkeit betrifft, ist Patema mutig, offenherzig und furchtlos bis zur Rücksichtslosigkeit. Sie besucht regelmäßig die Gefahrenzone, ohne es jemandem zu sagen, und zeigt wenig Vorsicht, obwohl ihr Betreuer, der Dorfälteste Jii, sie dafür schimpft. Ihr Abenteuerdrang wurde von ihrem engen Freund Lagos geprägt, der es liebte, die Tunnel zu erkunden, und der vor Beginn der Geschichte auf mysteriöse Weise verschwand. Von Lagos stammt ihr Wunsch, neue Welten zu sehen. Trotz ihres Regelbruchs ist sie warmherzig und gesellig, und sie ist bei den Menschen ihres Dorfes beliebt. Als sie zum ersten Mal Eiji trifft, den Jungen aus der Oberflächenwelt von Aiga, der sie an einem Zaun hängend findet, reagiert sie mit Misstrauen und sogar Wut, aber sobald sie überzeugt ist, dass er ihr nichts Böses will, vertraut sie ihm schnell und wird außergewöhnlich an ihm hängen.

Ihre Hauptmotivation ist der Wunsch, herauszufinden, was jenseits ihrer bekannten Welt liegt. Ihre Erkundungen führen sie dazu, durch einen tiefen Schacht zu fallen und nach Aiga zu gelangen, wo die Schwerkraft relativ zu ihrer eigenen in die entgegengesetzte Richtung zieht. Aus ihrer Perspektive ist sie ständig in Gefahr, nach oben in den Himmel zu fallen, und sie ist auf Eiji angewiesen, um sie zu beschützen. Da ihre Gravitationen umgekehrt sind, macht das Festhalten aneinander Eiji leichter und ermöglicht es den beiden, zu springen, zu fallen und sich auf eine Weise zu bewegen, die keiner von ihnen allein schaffen könnte. Diese ungewöhnliche Eigenschaft wird zentral für die Geschichte: Sie ermöglicht es ihnen, aus Izamura zu entkommen, dem autoritären Herrscher von Aiga, der sie gefangen nehmen will, und durch das aufzusteigen, was wie der Himmel erscheint, nur um zu entdecken, dass der Himmel von Aiga tatsächlich eine mechanische Decke ist, die von Menschen gebaut wurde. Durch diese Ereignisse erfährt Patema die Wahrheit über ihre Welt und über das Schicksal von Lagos, den Izamura gefangen genommen hatte und der inzwischen gestorben ist.

In der Geschichte fungiert Patema als Katalysator, der zwei isolierte Gesellschaften verbindet. Ihre Ankunft in Aiga zwingt die Oberflächengemeinschaft, sich mit der Existenz der unterirdischen Menschen auseinanderzusetzen, und ihre Bindung zu Eiji wird zu einer Brücke zwischen den beiden Welten. Nach der Flucht aus der Gefangenschaft finden sie und Eiji die Flugmaschine, die von Eijis Vater und Lagos gebaut wurde, und die beiden gestehen sich ihre Liebe. Im letzten Teil des Films kehren Patema und Eiji gemeinsam in die unterirdische Welt zurück, und die Offenbarung der wahren Erdoberfläche führt dazu, dass die Führer beider Gemeinschaften zustimmen, dass ihre Völker zusammenarbeiten sollten. Am Ende stehen Patema und Eiji zusammen und blicken auf die zerstörte, aber offene Oberflächenwelt hinaus.

Ihre wichtigsten Beziehungen sind die zu Eiji, dessen Vertrauen und Zuneigung zu einer romantischen Bindung wachsen; zu Porta, einem jungen Mann aus ihrem eigenen Dorf und einem engen Freund, der Eiji bei dem Versuch hilft, sie zu retten; zum Ältesten Jii, der als ihr Betreuer fungiert und sie wiederholt vor den Gefahren warnt, die sie ignoriert; und zu Lagos, dem verschwundenen Freund, der ihren Abenteuergeist inspirierte und dessen Tod sie schließlich versteht. Im Verlauf des Films entwickelt sich Patema von einer sorglosen Regelbrecherin zu einer entschlossenen jungen Frau, die Gefangenschaft, Verlust und Verfolgung erträgt und die letztlich die Möglichkeit der Einheit zwischen zwei geteilten Völkern repräsentiert. Ihr bestimmendes Merkmal ist ihre Weigerung, aufzuhören, neugierig zu sein, und genau diese Neugier trägt sie von einem kleinen unterirdischen Dorf in die weite Welt.