Действие разворачивается в Японии с 1990-х годов и охватывает более десяти лет жизни Такаки Тоно. Сюжет разделен на три части, каждая из которых посвящена романтическим отношениям главного героя в разные периоды. Первая часть, "Отрывок о цветущей сакуре", начинается в 1994 году, когда Тоно заканчивает младшие классы школы. Он знакомится с Акари, но их общение прерывается из-за переезда семьи девушки.
Несмотря на расстояние, персонажи поддерживают связь через письма и occasionally встречаются. Через год Тоно пытается передать Акари письмо с признанием в чувствах, но при встрече оно теряется после их первого поцелуя, после чего они расходятся навсегда. Вторая часть, "Космонавт", переносит действие в среднюю школу на другом острове, где в Тоно влюбляется одноклассница Канаэ Сумида.
Канаэ несколько лет скрывает свои чувства и признается ему только в выпускном классе. Третья часть, "5 сантиметров в секунду", показывает взрослого Тоно, работающего в Токио. После расставания с девушкой он оставляет работу и теряет жизненные ориентиры. Во время случайной прогулки на окраине города герой неожиданно встречает Акари, свою первую любовь.
