Patema adalah gadis muda pemberani dari peradaban bawah tanah yang memiliki jaringan terowongan yang luar biasa. Terinspirasi oleh seorang teman yang hilang secara misterius, ia sering ditegur karena kunjungannya yang terus menerus ke terowongan-terowongan ini karena status kerajaannya. Setelah dia memasuki apa yang dikenal sebagai ‘zona terlarang,’ dia secara tidak sengaja jatuh ke dalam lubang tak berdasar raksasa setelah dikejutkan oleh makhluk aneh. Setelah menemukan dirinya di permukaan, sebuah dunia yang benar-benar terbalik, dia mulai jatuh ke langit hanya untuk diselamatkan oleh Age, seorang siswa yang tidak puas dari negara totaliter yang dikenal sebagai Aiga. Orang-orang Aiga diajari untuk percaya bahwa ‘Inverts,’ seperti Patema, adalah orang berdosa yang akan ‘ditelan langit,’ tetapi Age menolak propaganda ini dan memutuskan untuk melindungi teman barunya. Sebuah pertemuan kebetulan antara dua remaja yang penasaran mengarah ke penjelajahan dua dunia unik ketika mereka mulai bekerja bersama untuk mengungkap rahasia asal-usul mereka di Sakasama no Patema, sebuah film yang menghangatkan hati tentang mengatasi perbedaan untuk hidup berdampingan.