某年夏天，六年級小學生裕太（武井證配音）獨自來到位于深山的螢之丘水庫。當年他曾和父親來到這里捉獨角仙，一年前父親意外去世后，這片曾承載無數美好回憶的水域對他意義更重。暴雨中他不慎跌落水庫，意外穿越到昭和25年（1950），被古樸村莊里的神秘女孩紗榮子（木村彩由實配音）所救。他逐漸發現這個村莊正是三十年后將沉入水庫的舊址，而紗榮子的真實身份竟是已故村莊居民——三十年前為保護螢火蟲棲息地而抗議水庫建設的自然守護者之女。隨著現代工程隊逼近村莊，裕太必須在時空悖論終結前與紗榮子完成未竟的心愿：找到象征希望的虹色螢火蟲。當水庫最終淹沒村莊時，裕太帶著對父親未盡的思念返回現代，在舊檔案館發現紗榮子留下的螢火蟲標本，見證這段跨越時空的羈絆。影片改編自川口雅幸同名網絡小說。