Юкито Татибана, студент музыкального колледжа, потерял способность слышать музыку. Не физически — его слух безупречен, но мелодии перестали вызывать в нём отклик. Звуки превратились в пустую последовательность нот, лишённую души. Он продолжает играть на фортепиано, но делает это механически, преследуя лишь призрак былого вдохновения. Однажды вечером, бродя по ночному городу, он слышит обрывок песни, доносящийся из заброшенной обсерватории. Голос незнакомки звучит чисто и отчаянно, а главное — впервые за долгое время заставляет сердце Юкито биться чаще. Он находит певицу — это Мидзуки Хосино, девушка, которая поёт только под открытым небом, утверждая, что её песни предназначены для звёзд. Она страдает от редкой болезни: её голосовые связки постепенно атрофируются, и врачи запрещают ей петь, но Мидзуки не может остановиться, ведь пение — единственный способ, которым она чувствует связь с миром.
Юкито предлагает ей союз: он будет писать аранжировки для её голоса, пока тот ещё звучит, а она в ответ поможет ему заново научиться чувствовать музыку. Они начинают репетировать в обсерватории под куполом, где сквозь трещины в крыше видно небо. Каждая их встреча — это битва со временем. Мидзуки теряет голос, но с каждой новой песней её пение становится всё более пронзительным, словно она вкладывает в звук всю оставшуюся жизнь. Юкито, пытаясь уловить угасающие ноты, постепенно понимает, что музыка — это не только правильные аккорды, но и боль, и страх, и надежда, которые невозможно записать в нотах. Их дуэт привлекает внимание продюсера, предлагающего Мидзуки контракт и дорогостоящее лечение за границей, но с условием, что она перестанет петь «уличные песни» и сосредоточится на коммерческом материале. Мидзуки отказывается, понимая, что её голос принадлежит не сцене, а тому самому мгновению, когда она поёт для Юкито под звёздами. В финале, когда её голос почти исчезает, Юкито пишет для неё композицию, где главную партию играет не фортепиано, а тишина между нотами — ту самую тишину, что наполнена их общими чувствами. Мидзуки поёт в последний раз, и её беззвучный крик становится самой громкой песней, которую когда-либо слышал мир.
