Na biblioteca onde estuda, Sakuta Azusagawa se depara com uma visão inesperada: uma linda garota do ensino médio vestindo uma roupa de coelho. Trata-se de Mai Sakurajima, uma ex-atriz famosa e colega de escola no Minegahara High. A surpresa que ele sente ao vê-la usar roupas tão ousadas na biblioteca não é nada comparada à constatação chocante de que ele é o único que pode vê-la! Lembrei de um evento do passado, Sakuta se oferece para ajudar Mai a descobrir a razão por trás de sua invisibilidade. Apesar de seu relacionamento inicialmente controverso, os dois rapidamente se aproximam: Mai e Sakuta aprendem a apreciar-se mutuamente, e sua amizade se transforma em um romance florescente. Isso alimenta ainda mais sua determinação em resolver o dilema de Mai.
Enquanto a investigação avança, Sakuta atribui a situação de Mai a uma lenda urbana conhecida como Síndrome da Adolescência: fenômenos estranhos que ocorrem na juventude, inexplicados pela ciência e muitas vezes rejeitados como delírios. Com poucos resultados promissores, a situação de Mai piora ao ponto de ser invisível se tornar apenas uma das suas preocupações. Sakuta e Mai podem resolver o mistério da Síndrome de Adolescência de Mai antes que ela desapareça completamente?
