Ada desas-desus mengenai fenomena misterius yang disebut Sindrom Pubertas. Misalnya, Azusagawa Sakuta adalah seorang siswa SMA yang tiba-tiba melihat gadis kelinci muncul di depannya. Gadis itu adalah Sakurajima Mai, kakak kelas Sakuta dan juga seorang aktris terkenal yang telah hiatus dari dunia hiburan. Untuk beberapa alasan, orang-orang di sekitar Mai tidak bisa melihat sosoknya saat ia memakai kostum kelinci. Sakuta tergerak untuk memecahkan misteri ini dan ketika ia menghabiskan waktu dengan Mai, ia mulai mempelajari perasaan rahasianya. Di saat yang sama, pemilik Sindrom Pubertas lain mulai muncul di hadapan Sakuta.
