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Ganta Nakami, un estudiante que sufre de insomnio, encuentra un viejo observatorio en la escuela y conoce a Isaki Magari, una compañera con su mismo problema. Al encontrarse, forman un vínculo inesperado.
Para poder seguir usando el observatorio como su santuario, Ganta e Isaki deciden reabrir el Club de Astronomía. Ahora, necesitan encontrar a un supervisor y a un miembro adicional.
Los dos insomnes, Ganta e Isaki, hacen su primera salida juntos a la playa. Isaki le enseña a Ganta a usar una cámara, y él le toma una foto a ella.
Ganta e Isaki observan un eclipse lunar desde su refugio. Mientras Ganta trata de tomar fotos, los dos se preguntan qué deben hacer para atraer más miembros al Club de Astronomía.
Isaki le pide a Ganta que la acompañe a un festival de verano. Ganta se prepara con la ayuda de sus amigos para esta salida y finalmente se encuentra con Isaki.
La lluvia de estrellas Perseidas se acerca y Ganta se obsesiona con capturar el momento perfecto. Sin embargo, su insomnio le está afectando.
Durante las vacaciones de verano, Ganta se preocupa por una nueva cámara que compró. Él e Isaki asisten a un festival de fuegos artificiales.
El Festival Escolar de Kouko se acerca y el Club de Astronomía decide organizar un evento. Isaki está emocionada y tiene una gran idea.
El Festival Escolar ha comenzado y Ganta está listo para el evento del Club de Astronomía, pero Isaki se enferma y su preocupación por ella aumenta.
Ganta e Isaki visitan un planetario. Ganta no puede evitar preocuparse por la salud de Isaki, pero ella lo tranquiliza.
Ganta e Isaki viajan a Tokio para asistir a un evento de estrellas. El insomnio de Ganta le está afectando de nuevo y tiene una discusión con Isaki.
Ganta e Isaki hacen las paces y deciden observar la estrella fugaz más famosa del año.
Isaki y Ganta se preparan para tomar la foto que enviarán a un concurso, pero una tormenta de nieve amenaza sus planes. Al final, logran cumplir sus metas juntos.