Byousoku 5 Centimeter kisahnya dimulai dengan Takaki dan Akari yang menjadi teman dekat sejak kecil karena memiliki banyak kesamaan. Namun, ketika Akari harus pindah ke kota lain karena pekerjaan orang tuanya, hubungan mereka mulai terpisah oleh jarak.
Dalam babak pertama, “Cherry Blossom”, mereka berjanji untuk bertemu kembali. Takaki melakukan perjalanan jauh dengan kereta untuk menemui Akari, tetapi perjalanan itu dipenuhi dengan keterlambatan akibat salju tebal. Meski akhirnya mereka bertemu, perpisahan mereka di stasiun menjadi simbol betapa sulitnya mempertahankan hubungan mereka.
Babak kedua, “Cosmonaut”, memperlihatkan kehidupan Takaki di SMA setelah perpisahan dengan Akari. Seorang gadis bernama Sumida menyukai Takaki, tetapi menyadari bahwa hatinya masih terpaut pada seseorang yang jauh.
Babak ketiga, “5 Centimeters per Second”, menunjukkan kehidupan Takaki sebagai orang dewasa yang tenggelam dalam rutinitas kerja dan kenangan masa lalu. Sementara itu, Akari telah melanjutkan hidupnya. Dalam adegan penutup yang ikonik, Takaki dan Akari bertemu kembali di sebuah perlintasan kereta, tetapi saat mereka menoleh, kereta melintas di antara mereka—melambangkan bahwa mereka telah berjalan di jalur yang berbeda.
