Film 3 hikayeden oluşuyor.1. Hikaye: Ailesinin iş değişikliğinden dolayı Akari Shinohara, ilkokulu bitirdikten sonra Takaki’den ayrılmak zorunda kalmıştır. Takaki ve Akari arasındaki derin bağlar, onların bugüne kadar birbirlerinden kopmasını engellemiş ve birbirleriyle mektuplar yoluyla iletişim kurmuşlardır. Ancak Takaki, ailesinin Kagoshima’ ya taşınacağını öğrenince bu fırsatı değerlendirerek trenle Akari’nin ziyaretine gitmeye karar verir.2. Hikaye: Yıllar geçmiş ve Takaki lise son sınıf öğrencisi olmuştur. Takaki, hala Akari için mektuplar yazmakta fakat bu mektupları Akari’ye göndermemektedir. Bu sırada Takaki’nin sınıf arkadaşı Kanae Sumita, takaki’ye aşık olmuş ancak Takaki’ye açılmak için gerekli cesareti toplayamamıştır.3. Hikaye:Yıl 2008, Akari ve Takaki’nin yolları ayrılmıştır. Takaki, bir bilgisayar programcısı olarak artık Tokyo’da yaşamaktadır. Akari ise evlilik hazırlığı yapmaktadır. Bir gün, Takaki, trenyolunun orada, kendisine tanıdınık gelen bir bayan görür.

Saniyede Beş Santimetre

Alternatif bir gerçeklikte Japonya, İkinci Dünya Savaşı sonunda Kuzey ve Güney olmak üzere ikiye bölümüştür. Honshū, Kyūshū ve Shikoku adaları Amerika Birleşik Devletlerinin, Hokkaidō ise Birliğin kontrolü altındadır. Birlik 1974 yılından itibaren Hokkaidō'da inanılmaz yüksekliğe sahip bir kule inşa etmeye başlar. Kulenin yüksekliği o kadar fazladır ki Tokyo'dan bile görülebilmektedir. 1990 yılında Amerika Birleşik Devletleri'nin Güney'den çekilmesinin ardından iki ülke müttefik olarak kalır. Ancak Kuzey'deki Birlik varlığı devam etmektedir ve Kuzey, Güney arasındaki sınır gerginlikleri güncelliklerini korumaktadır. Bu esnada Uilta isimli bir yeraltı örgütü Japonya'yı tekrar bir araya getirmek üzere Birlik sınırında çeşitli eylemler gerçekleştirmektedir.