Фильм разворачивается в Японии и охватывает период с начала 1990-х годов, рассказывая о жизни главного героя Такаки Тоно через три различные истории о любви. Каждый отрывок фильма затрагивает разные этапы его жизни.
Первая часть, названная "Цветение сакуры", начинается в 1994 году. Тогда Такаки только завершил начальные классы школы и впервые испытал бурю чувств, когда встретил Акари. Однако, из-за переезда семьи девушки, они вынуждены расстаться, но продолжают поддерживать связь через письма и редкие встречи. Запланированное признание в любви заканчивается неожиданным поцелуем и потерей письма, а вскоре их пути разделяются навсегда.
Вторая часть под названием "Космонавт" переносит нас в старшие классы средней школы Такаки, находящейся на другом острове. Здесь в его жизни появляется Канаэ Сумида, которая тайно влюблена в него. Она проводит годы, борясь со своими чувствами, пока наконец не находит в себе силы признаться ему в любви в выпускном классе.
Третья часть, "5 сантиметров в секунду", показывает Такаки уже взрослым. Работая, он переживает долгосрочные отношения, которые в итоге заканчиваются расставанием. Позже, жизнь без цели приводит его к случайной встрече с Акари, своей первой любовью, побудив размышлять о прошлых днях и о том, что могло бы быть, если бы они остались вместе.