Kurz vor den Sommerferien trifft Sakuta Azusagawa auf ein Mittelschulmädchen namens Shoko Makinohara, das denselben Namen und dasselbe Gesicht hat wie seine erste Liebe. Das Problem ist, dass seine erste Liebe eigentlich schon auf der Universität sein sollte, was dieses Treffen scheinbar unmöglich macht. Bevor er dieses Rätsel lösen kann, ereignet sich ein weiteres seltsames Phänomen. Seine Freundin Rio Futaba, das einzige Mitglied des Wissenschaftsclubs, bekannt für ihre logische und leidenschaftslose Art, entdeckt, dass sie in zwei separate, physische Doppelgängerinnen gespalten wurde.

Eine Rio führt ihr normales Leben weiter, während die andere gezwungen ist, ihr Zuhause zu verlassen und schließlich in Sakutas Wohnung wohnt. Beide Versionen teilen dieselben Erinnerungen und dieselbe Persönlichkeit bis zum Zeitpunkt der Spaltung, aber die physische Trennung zwingt sie, unterschiedliche Wege zu gehen. Keine kann erklären, was diesen plötzlichen Fall des Adoleszenz-Syndroms verursacht hat, ein übernatürliches Phänomen, bei dem intensive emotionale Turbulenzen und sozialer Druck als reale Störungen wie Zeitschleifen, Unsichtbarkeit oder in diesem Fall eine Doppelgängerin auftreten.

Die Sache wird noch komplizierter durch Sakutas Freundin Mai Sakurajima, eine Berühmtheit, die beschließt, ebenfalls bei ihm zu übernachten, was seine Sommerferien ins Chaos stürzt. Während Sakuta versucht, Rio zu helfen, entdeckt er, dass die beiden Versionen von ihr mit ihren geheimen Unsicherheiten zusammenhängen könnten. Die scheinbar logische Futaba hat freizügige Fotos von sich online gestellt, ein Verhalten, das von einem Wunsch nach externer Bestätigung getrieben wird, der mit ihrem rationalen Selbstbild kollidiert.

Der zentrale Konflikt dreht sich um Rios Überzeugung, beeinflusst von der Quantenmechanik, dass der einzige Weg, das Phänomen zu beenden, darin besteht, dass eine Version von ihr verschwindet oder stirbt. Eine der Doppelgängerinnen zieht bei Sakuta ein, was zu unbequemen Wohnverhältnissen führt und schwierige Gespräche über Identität und Selbstwertgefühl erzwingt. Die Geschichte erkundet, wie Rio mit ihren Gefühlen für ihren gemeinsamen Freund Yuuma Kunimi kämpft, der bereits in einer Beziehung ist. In der Zwischenzeit schwebt der ungelöste Nebenstrang über die jüngere Shoko Makinohara, die eine Herzerkrankung hat, weiterhin im Hintergrund und verleiht Sakutas Sommer zusätzliches emotionales Gewicht. Der Höhepunkt löst sich auf, als die beiden Rios ihre Ängste vor Ablehnung und Selbsthass konfrontieren, was es ihnen ermöglicht, sich ohne das tragische Ende, das sie befürchtet hatte, wieder zu einer einzigen Person zu vereinen.