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Mitsuha Yamano est une jeune fille de 18 ans qui est souvent comparée à une collégienne en raison de sa petite taille. À l'approche des épreuves d'entrée à l'université, elle perd son frère puis peu après ses parents. En raison du choc de la perte de sa famille, elle rate tous ses examens.

Un jour, Mitsuha tombe d'une falaise et se retrouve dans un autre monde similaire à une Europe médiévale. Suite à un combat mortel contre des loups, elle découvre qu'il est possible de passer de ce monde au sien. Mitsuha décide de vivre en habitant dans les 2 mondes à la fois, gagner de l'argent dans le monde médiéval et vivre confortablement dans son monde moderne.

Tout en gardant secrète l'existence d'un autre monde, Mitsuha va se procurer des armes afin d'explorer l'autre monde mais, en raison de sa taille, les habitants la prennent pour une petite fille.