「每次祈求天晴，身體就會逐漸透明。這樣下去我就會死掉的，那麼，往常的夏天一定會回來的。」
天野陽菜，一個15歲的小姑娘，一次偶然的機會，意外地擁有了一種超能力：讓小範圍內的天空暫時放晴。
擁有這種超能力的陽菜此前並沒有使用過，直到遇見森島帆高，一個離家出走的16歲男孩兒。
帆高第一次遇見陽菜，是在麥當勞餐廳。身為服務員的陽菜看到可憐又孤獨的帆高，於是，她偷偷地給了他一個漢堡。
那個漢堡，對帆高來說，非常特別，「在我十六年的人生中，我覺得，那是最美味的一頓晚餐」。
帆高第二次遇見陽菜時，誤以為她被成年男子誘騙，於是，「英雄救美」的他衝到陽菜面前，拉著她就跑。結果，他被暴揍了一頓，陽菜也丟了那份高薪的工作。
這一次，他與她正式認識了，並且，知道了她有控制天氣的超能力。
為了生存，他們制定了一個賺錢計劃：定製天氣，把短時間的晴天售賣給有需要的人，以此獲取報酬。
然而，凡事都是有代價的，那就是陽菜每次祈求天晴，身體就會逐漸透明，最後耗盡能量而死。
東京的雨下得太久了，陽菜為了帆高，為了城市裡的人們，她選擇犧牲自己，來換取正常的夏天。
帆高后悔、傷心極了，於是不顧一切的他逆天而行，救回了陽菜。
電影《天氣之子》的結局是東京的雨持續地下了三年了，不少地方被淹，陽菜再次成了平凡人，與帆高再相遇。
東京的異常天氣，並不是犧牲陽菜這樣一個弱小無辜的晴女就能改變的。
即使陽菜付出了生命的代價，破壞了的天氣循環系統，也是不會有任何改變的。
正如要《西門豹治水》裡寫的那樣，若要阻止漳河泛濫成災，每年往河裡扔一個年輕漂亮的姑娘，這是完全行不通的，簡直就是荒唐之舉，就是白白地犧牲無辜的人。
「東京這一帶啊，原本就是大海，好像直到大約200年前都是大海呢。聽說江戶本身就是一個海灣，只是被人類和天氣，一點點變成這樣了。所以說啊，我想現在只是重新回到了原點而已。」