Curiosa por natureza, Patema vive em uma civilização subterrânea e, ao se aventurar por uma zona proibida, cai em Aiga, onde sua gravidade é o oposto da dos habitantes: o céu aberto a puxa para cima como um abismo sem fundo. Age, um estudante que vive sob o regime autoritário de Izamura, a segura antes que ela flutue para longe, e os dois começam a desvendar a verdade por trás de um experimento gravitacional fracassado que separou seu mundo.