文化祭の準備中、教室の隅で居眠りしていた中見丸太はクラスの女子に頼まれて天文台まで段ボールを取りに行く。その天文台は女子天文部員の霊が出ると噂になっている場所だった。 いわくつきの天文部も今は活動しておらず、倉庫として使われている天文台に入っていくと、そこには廃棄されたロッカーの中で眠る少女がいた。その少女は、丸太のクラスメイトの曲伊咲。丸太と伊咲は同じ悩みを抱えていることを知る。

ずっと独りで眠れない夜を過ごして、悩みを抱えてきた丸太と伊咲。これからは楽しく夜を過ごそうと、伊咲は「夜のおたのしみ会」を発足させることを提案する。 二人の秘密の場所となった天文台には粗大ゴミとして廊下に出されていたソファや、お互いの私物が運び込まれていく。そこに迷い込んできた1匹の野良猫。猫はそのままソファで眠りにつき、気持ちよさそうに寝息を立てる。伊咲は猫に「ツーちゃん」と名前を付けるのだった。

丸太と伊咲が勝手にやった天文台のリフォームが、倉敷先生に見つかってしまった。この場所を失いたくない二人の願いを聞き入れた倉敷先生のはからいで、二人が天文部として活動することが学校に認められる。 部としての活動実績を作るため、まずは天体写真のコンテストで大賞を受賞した経験のある卒業生・白丸結に会いに行くことにした丸太たち。何もない田舎道にポツンと立つゲームセンターで働く白丸は、一見怖そうな人物で……。

８月のペルセウス座流星群に向けて観測会を開くことにした天文部。伊咲はその宣伝ポスター作り、丸太は写真とメモの整理とそれぞれ作業をしていると、伊咲は丸太のパソコンにある写真データの中から花火大会の会場を見つけ出す。 そんな伊咲の様子を見ながら、あくまで「写真を撮る練習」として花火に誘う丸太と勢いでOKする伊咲。その花火大会には想い人とあることをしたら両想いになれるという言い伝えがあった。

臨海学校はずっと曇り予報。先生にも目をつけられ、夜の写真撮影は到底できそうにもない。そんな丸太に伊咲は「もし夜晴れたら、星の下の砂浜で会うの」と約束をする。 いざ臨海学校が始まると、同級生たちと泊まるテントの中で一人だけ眠ることができず、焦りが大きくなる丸太。そして二日目の夜、ふと何かに気づいた丸太がテントから出て空を見上げると、そこには澄み切った夜空が広がっていた。

丸太が臨海学校で撮った写真は水面がうまく写っておらず、コンテストへの応募は見送ることに。そのリベンジとばかりに、今度は合宿に行くことを思いつく。 どこに行こうか相談する前に、伊咲は丸太の撮った自分の写真を見て照れ笑い。候補地をリストアップしたり、行動計画を立てたり、二人の間で合宿への期待が大きく膨らんでいく。だが、別れ際に伊咲がポツリと言った「わたしを残してね」という言葉が丸太は気になっていた。

花火大会当日。丸太と伊咲、そして蟹川・穴水・野々たちは観測会のチラシ配りに励んでいた。やがて日も暮れた頃、丸太は受川に背中を押され、花火を見に行くという伊咲との約束を果たすために走り出す。その先には浴衣に着替えた伊咲が待っていた。 二人が向かったのは、みんなで花火を見ることにしていた学校の屋上。二人だけで夜の校舎を歩いて、屋上へと辿り着く。花火が打ち上がるなか、丸太は伊咲に何かを伝えようとして――。

夏休みを前に、観測会の計画書も無事に生徒会から許可が下りた。受川や蟹川たちに手伝ってもらって準備も着々と進み、参加希望者も50名を超え、あとは当日を待つばかり。 そんななか、丸太と幼なじみの受川は、小学生の頃の丸太の思い出を語る。もともと足が速かった丸太が、ある時から急に足が遅くなって、その原因はいつまでも靴を買い替えずにかかとを履き潰していたからだという。そして観測会当日を迎える――。