エリートクラスとして名高い高校2年A組。物静かで観察眼の鋭い少年「月野レオ」は、「量子論とパラレルワールド」をテーマにした科学プロジェクトで、聡明でミステリアスな少女「ルミネ・コモリ」とペアを組むことになった。共同作業を通じて、二人は徐々に心を開き、距離を縮めていく。レオはルミネの強さの裏に隠された脆い一面を発見し、一方ルミネもレオの隠れた気配りや能力に気づき始める。 プロジェクトを進める中で、彼らの関係は芽生えた好意と共に発展していく。変わり者の発明家ゼノ、おっちょこちょいなバスケ部員のケン、芸術家肌の変わり者タクミ、クールな次期生徒会長アイリス、そして元気いっぱいの少女ヒマリといったクラスメートたちの騒動の傍らで、レオとルミネはプロジェクトと個人的な問題の両方で困難に直面する。特にルミネは家族からの期待という重荷を背負っていた。 そして、プロジェクトの発表日。レオは衝撃的な事実に直面する。ルミネ・コモリが忽然と姿を消し、アイリスやヒマリといった親友でさえ、クラスの誰も彼女を覚えていないのだ。彼女に関するあらゆる証拠は、まるで彼女が存在しなかったかのように消え失せていた。ルミネと一緒に取り組んだはずのプロジェクトは、怠け者の先輩「リク・ランカスター」と組んだものにすり替わっていた。レオは混乱と、ルミネに関する自分の記憶全てが想像の産物なのか、それとも何か超自然的な現象が自分に起きているのかという現実に立ち向かわなければならなくなる。