Поскольку уровень моря резко возрос, люди потеряли большую часть пригодных для жизни территорий, вынуждая их полагаться на существующие технологии для выживания. Среди пострадавших от этой катастрофы находится Натсуки Икаруга, талантливый недавний выпускник, потерявший ногу в аварии с подводной лодкой, и теперь вынужденный жить на почти заброшенном острове. Когда Натсуки встречает загадочную женщину по имени Кэтрин, он обнаруживает продвинутую гуманоидную машину, которая когда-то принадлежала его бабушке Нонко, прославленной климатологу. Восстановленный робот, названный Атри и оформленный как молодая девочка, сообщает Натсуки, что Нонко поручила ей важную задачу, хотя она не может вспомнить детали. Изначально Натсуки собирался продать Атри, но возможность воспользоваться исследованиями бабушки через робота заставляет его пересмотреть решение. Он ранее отказался от собственных стремлений присоединиться к престижной научной экспедиции, но, делясь с островитянами, понимает, что все еще может влиять на этот бесплодный мир. Через свою цель Натсуки начинает восстанавливать надежду для сообщества, используя возможности Атри для восстановления экосистем и документирования климатических данных.
