在不久的未來，因為原因不明的海平面上升，大多數的地表沉沒海中。年幼時因事故而失去單腳的少年・斑鳩夏生，他放棄了都市生活，移居到海邊的鄉下小鎮。無依無靠的他，只有身為海洋地質學者的祖母留給他的船隻和潛水艇，以及債款。夏生為了取回「失去的未來」，以潛藏著祖母的遺產 —— 海底倉庫為目標，與神秘的討債人・キャサリン一起潛入海中。在那裡，他找到一位沉睡在像是棺材的裝置裡的神秘少女 —— アトリ。她是一個製作精巧到會讓人誤以為是人類的、感情豐富的機器人。從海底被打撈上來的アトリ說出這樣的話：「我想要完成主人留給我最後的命令。完成命令之前，就讓我來當夏生先生的雙腳吧！」在這座沉沒海裡、平靜安穩的小鎮，少年與機器人少女，展開了令人難忘的夏天 ——。