Sebastian abandona su pueblo natal donde todos esperan que herede la fábrica familiar, y se muda a Tokio para trabajar en un equipo que cartografía la niebla de partículas PM2.5. Cada noche, una extraña niebla bioluminiscente, es solo visible cuando está totalmente solo y en silencio, y cubre el río Sumida.

Dentro de esa niebla, Sebastian puede ver los recuerdos de una desconocida: el banco de un parque infantil, el sabor de un helado de té matcha, la voz de una abuela. Siguiendo esas "estrellas de memoria", descubre que pertenecen a Mei, una oceanógrafa que está en una misión en la Fosa de las Marianas, incomunicada.

La niebla es una resonancia de su soledad, tan densa que escapa de su cuerpo y viaja hasta la ciudad. Sebastian se obsesiona con reconstruir su vida a partir de sus recuerdos flotantes, y se da cuenta de que se está enamorando de alguien que está a 11.000 metros de profundidad, en la oscuridad más absoluta.