山深い田舎町、糸守町に住む少女・宮水三葉は、巫女の家系である宮水家の長女である。三葉は宮水家の風習に従い、糸を紡ぎ口噛み酒を造りながら暮らしている。さらに、家を出た父は自分たちに関心も示さず町長選挙に没頭しており、三葉は自分の住む糸守が「電車は2時間に1本」という田舎であることに不満を漏らし、「来世は東京のイケメン男子にしてくださーい！」と叫ぶ毎日を送っていた。そんな中、他人の人生を生きているような夢を見るようになるが、起きると夢の内容を思い出せないという奇妙な出来事を経験する。東京に住む少年・瀧もまた、夢の中で山深い田舎町の少女になるが、同様に夢から覚めるとその記憶は消えてしまう。だがある日、瀧と三葉は、自分の記憶にない出来事が周囲で起きていることに気づく。宮水家の御神体へ行き、三葉の魂が宿る口噛み酒を奉納したりと楽しい時間を過ごす。ところが、異変を感じた三葉の祖母・一葉が瀧に「あんた、今、夢を見とるな？」と問いかけ、その瞬間、瀧は驚き涙を流しながら目を覚ます。友人の勧めで秋祭りの会場に髪を切った姿で現れる三葉。この日は秋祭りの日であり、彗星が最も近くで見える日だった。テッシーと早耶香は髪を切った三葉を見て、何があったのかと心配そうに見つめる。そして三葉は、彗星が糸守町の上空で割れて地上へ落ちていく光景を目撃する。奥寺先輩とのデートを終えて帰る途中、瀧は自分のスマートフォンに三葉が残した「今夜彗星が通り過ぎる」というメッセージを見るが、瀧はその言葉を理解できない。気になって三葉に電話をかけるが繋がらない。そして二度と入れ替わりが起きなかったという瀧の独白が続く。連絡の取れない三葉のことが頭から離れず、瀧は写真展で見た写真と記憶の中の風景を頼りに絵を描き、三葉を探す旅に出る。辿り着いた糸守は跡形もなく、3年前のティアマト彗星の破片直撃により巨大な湖と化していた。秋祭りで多くの人が集まっていたため被害は甚大で、津波が町を飲み込んだ。雨の中、御神体に到着した瀧は、時間を戻すため口噛み酒を飲み、転倒した拍子に三葉の過去と彗星衝突の真実を知る。そして目を覚ますと、瀧は三葉になっていた。隕石が落ちる前日、入れ替わっている瀧に会うため東京へ向かった三葉は、駅のホームで瀧を発見し、電車の中で彼の前に立つ。しかし、二人には3年のタイムラグがあり、三葉の知る瀧は3年後の姿で、目の前の瀧はまだ三葉を知らなかった。三葉は勇気を出して名前を呼んだが、瀧は彼女を全く分からず、変な人だと思ってしまう。傷ついた三葉は四ツ谷駅で降りようとするが、何かを予感した瀧が名前を尋ねる。三葉はいつも着けているオレンジ色の髪留めを瀧に渡し、自分の名前を告げる。瀧は三葉を忘れないよう何度も名前を唱え、掌に書こうとした瞬間、その名前を忘れてしまう。