Wanneer Takao, die schoenmaker in opleiding is, zijn lessen overslaat om in een siertuin schoenen te schetsen, ontmoet hij een mysterieuze vrouw, Yukino, die ouder is dan hij. Nadien komen ze elkaar steeds vaker tegen als het regent, en op een dag besluiten ze zich voor elkaar open te stellen. Maar dan komt er een einde aan het regenseizoen...

Mitsuha is de dochter van de burgemeester van een klein bergdorpje. Ze is een studente die samen met haar zus bij haar grootmoeder woont. Ze is erg ongeïnteresseerd in de shinto-rituelen en heeft geen zin om haar vader te helpen met de verkiezingsstrijd.

5 Centimeters Per Second bestaat uit drie delen. In het eerste deel zien we Takaki en z'n beste vriendin Akari, die na de basisschool allebei naar een andere school gaan.