在不远的未来，海平面因不明原因急速上升，大部分陆地被海水淹没。因童年事故失去一条腿的少年斑鸠夏生，厌倦都市生活后移居至海边小镇。祖母——前海洋地质学家——留给他的仅有一艘船、潜水艇和一笔债务。为找回“失去的未来”，夏生与神秘讨债人凯瑟琳潜入深海，探寻据说存有祖母遗产的海底仓库。在那里，他发现沉睡在棺状装置中的奇妙少女“亚托莉”。她是构造精密、情感丰富如人类的机器人。被打捞上岸后，亚托莉说道：“我想完成主人最后的命令。在那之前，我会成为夏生先生的腿！”逐渐沉入海中的宁静小镇里，少年与机器人少女难忘的夏日时光就此展开。