가까운 미래, 갑작스럽고 설명할 수 없는 해수면 상승으로 인류 문명의 대부분이 물에 잠겼다.

몇 년 전 사고로 어머니와 한쪽 다리를 잃은 소년 이카루가 나츠키는 대도시에서의 고된 삶에 지쳐 고향으로 돌아오지만, 그를 맞이하는 것은 절반쯤 바다에 잠긴 옛 시골집뿐이다.

가족마저 잃은 그에게 남은 것은 해양학자였던 할머니가 물려준 배와 잠수정, 그리고 할머니의 빚뿐이다.

미래에 대한 꿈마저 잃어버린 그에게 유일한 희망은 수상한 채권 회수자 캐서린이 제안하는 기회뿐이다. 나츠키는 할머니가 남겼다는 소문의 보물을 찾아 침수된 할머니의 연구실 유적을 향해 캐서린과 함께 출항한다.

그러나 그들이 발견한 것은 금은보화가 아니었다. 바다 밑 관 속에 잠들어 있던 기묘한 소녀였다.

아토리.

아토리는 로봇이지만, 그 외모와 풍부한 감정은 누구라도 그녀를 살아 숨 쉬는 인간이라고 착각하게 할 정도다. 자신을 구원해 준 나츠키에게 아토리는 이렇게 선언한다.

"저는 제 주인의 마지막 명령을 완수하고 싶어요. 그때까지 제가 당신의 다리가 되어 드릴게요!"

바다에 잠겨가는 작은 마을에서, 소년과 신비한 로봇 소녀의 잊지 못할 여름이 이제 막 시작되려 한다.