Kimi o Aishita Hitori no Boku e xoay quanh Koyomi Hidaka, một cậu bé sống với cha sau khi cha mẹ ly hôn. Cậu gặp một cô gái tên Shiori Satō tại phòng nghiên cứu của cha mình, và họ bắt đầu một mối quan hệ đang dần nảy nở thành tình yêu. Nhưng mọi thứ thay đổi khi cha mẹ của cả hai quyết định kết hôn với nhau, vì vậy cả hai quyết định chuyển đến một thế giới song song, nơi họ không phải là anh em kế của nhau.