收到自己的兒時玩伴小舟潮的死訊後，網代慎平回到了闊別兩年的故鄉，和歌山市的日都島。
出席葬禮時，慎平的摯友菱形窗向他吐露：「潮的死可能是他殺。」甚至連潮的妹妹澪也說潮是被殺害的。
在日都島上流傳著這樣的傳說：看到與自己一樣的「影子」的人就會死。而在潮死去之前，澪說她曾看到過潮的「影子」……
慎平被澪的「影子」用槍擊穿了頭部，恢復意識時卻發現自己在前往日都島的渡輪上。之後「槍擊前發生過的事」又一再重複上演。
獨自一人思忖的慎平目睹了澪持刀刺殺島上派出所警察凸村的場面，還看到被殺害的凸村身上生成了凸村的「影子」。
正當慎平為眼前發生的事感到震驚之際，澪拿著刀來到他面前……
被「影子」澪刺殺的慎平再次回到7月22日。為了調查「影子」的真相，在潮的葬禮的第二天，慎平來到一家人都失蹤的小早川家，遇到了導致潮出意外的少女——小早川詩織的「影子」。僥倖保住一條命的慎平在無計可施之際，將事情經過向窗全盤托出。
時間來到7月24日，是日都島的夏日慶典。慎平度過了片刻的安寧時光，但是……
夏日慶典之夜，潮的「影子」出現在慎平面前。與其他「影子」不同，她的行為舉止簡直就像生前的潮本人一樣，儘管慎平有些混亂，但與本來無法再次相見的潮對話，使他掩飾不住喜悅的心情。由於澪和窗對「影子」心存戒心，慎平為了避開他們的視線，將潮藏了起來，很想與妹妹見面的潮露出了不滿的神情。
隨後，慎平前往蛭子大人處與窗等人會合時，「影子」澪的身影再次出現。
將慎平從危機中解救出來的是同乘一艘渡輪的一名女性。她自稱是南雲龍之介（即慎平所崇拜的作家的名字），並且說自己是來幫助「網代慎平」的。此外，她還掌握著許多與「影子」相關的知識。
另一方面，在夏日慶典的會場內，「影子」正在進行著大屠殺。即使慎平前去救助，朋友們還是接連被殺。不久，「影子」吞噬了島上的人們……
第四輪的7月22日。與慎平在渡輪上相遇，並向他報上「南雲龍之介」之名的女性——南方日鶴，她的故鄉也是日都島，為了解開留在電話裡的一個神秘訊息，她時隔14年再次回鄉。日鶴知道了「影子」與「波稻」的存在，在與獵人根津會合後，她也瞭解到大部分島民都已被「影子」所取代的事實。
日鶴看了慎平所整理的關於輪迴的筆記，確定發生在他身上的事情是真的。她相信慎平所說的話，主要根據是她曾有過某種體驗。雖然日鶴對此不願多說，以免有被影子發現真相的危險，但她表示會幫助慎平。為了殺掉小早川一家的「影子」，慎平、日鶴和根津前往小早川家。三人成功捕獲了詩織的「影子」，然而……
為了殺掉第一輪出現的澪的「影子」，慎平在日鶴和根津的守護下回到小舟家。但是，還「不應該存在」的潮卻出現了。潮與慎平一樣，都是在24日的夏日慶典上輪迴回來的。
突如其來的事令慎平十分震驚，正當他想要理清狀況時，卻突然遭到澪的「影子」意料之外的襲擊。在潮的幫助下，慎平逃過了一劫，但潮卻因此被割傷了手臂。
在潮遺留下來的電話中，有一個拍攝了潮與潮的「影子」一起出現的影片檔案。影片裡，兩位潮開始講述從她們相遇到拍下影片為止所發生的事。潮雖然對堅信自己就是本人的「影子」潮感到困惑，但也很快就開始與她合作，一起尋找「影子」的真相。
潮看了影片後，恢復了所有的記憶和力量，並試著想讓慎平他們體驗自己臨死前的情景。
知道潮之死的真相後，慎平根據潮與潮的「影子」所留下的影片，判斷與「影子」相關的線索就在鷹巢山上。那裡是窗的老家，有一棟菱形醫院的舊醫院樓。
到達舊醫院樓的三人發現了醫院內供奉著一座蛭子大人的雕像，再往深處走，出現一扇通往地下壕溝的暗門。他們本想繼續往裡面走，但暗門卻上了鎖。
慎平、潮和窗被「影子」團團圍住，但「影子」的目標只有潮一人。與此同時，澪和凸村一起目睹了詩織的「影子」，並跟隨著她的腳步，看到詩織的「影子」指著井蓋下方，那裡是慎平的所在之處。澪他們繼續追著詩織的「影子」，而這一幕被日鶴（龍之介）與根津看到。
慎平等人好不容易突破困境，但一個意想不到的人出現在他們面前……
窗的妹妹朱鷺子說道，他們一直以來都在給蛭子大人提供稱為「食物」的死人。所謂的蛭子大人，是一個穿著和服的少女，名為「波稻」，而在夏日慶典之日，出現在日都神社上的巨大「影子」，稱波稻為「母親」。
朱鷺子操控著影子，試圖阻止慎平等人的計劃。此時，巨大的影子出現，並將澪劫為人質。巨大的影子計劃讓慎平活著，迎接夏日慶典的到來。
第五輪的7月22日。慎平恢復意識時，剛好是日鶴確信他是時間旅行者的時刻。潮用自身的能力，讓日鶴體驗了至今為止的經歷後，日鶴相信了慎平並決定與他們共同行動。為了徹底消除詩織的「影子」，他們一行人前往小早川家，但日鶴（龍之介）意外遭遇襲擊。當所有人都被殺掉，慎平本以為會迎來第六輪的迴圈，卻來到了14年前的世界——日鶴的記憶之中。
日鶴與波稻曾經是朋友。可有一天，波稻因難忍「饑餓」而失控。過去所發生的這一連串的事情，揭開了龍之介是如何存在於日鶴體內的經過。
在日鶴記憶中的慎平和潮，回過神來時已回到闖入小早川家前的時間點。作戰計劃由此中止，當天晚上，慎平將窗等人召集到日都島中小學校裡，用潮的能力讓每個人經歷至今為止的迴圈記憶。
在體育館中，慎平與同伴更加團結了，卻遭到「影子」的狙擊，突然進入第七輪的迴圈。慎平每進行一次迴圈，其起點就會逐漸往後推移，波稻發現了這一點後將作戰計劃調整為：徹底鏟除慎平。
當晚，為了消滅四手，慎平等人再次來到日都島中小學校集合。而四手也帶了眾多「影子」前來。「影子」與慎平一行人之間的戰鬥全面開啟……
慎平等人頂住了由四手所率領的「影子」們的群攻，順利生存了下來。在這期間，澪提議將自身的「影子」變為同伴。潮便使用能力，成功拉攏了澪的「影子」。
順著澪的「影子」和朱鷺子所提供的線索，一行人前往菱形醫院。但是裡面卻空蕩蕩的，所有東西都不見了。當他們走進醫院內通往蛭子洞的參道時，看到了窗的父母的身影。
慎平等人從窗的父親，也就是菱形醫院的院長菱形青銅口中，得知了四手的真面目。在醫院短暫休息後的第二天早晨，慎平和潮循著「影子」的氣息，試圖驅除潛伏在島上的「影子」。儘管遭受「影子」襲擊，但慎平他們還是救出了處於危機中的孩子們。
之後，慎平向蛭子大人——日都神社走去，那個地方是一切的開端。
慎平來到日都神社，拜訪了神社的宮司雁切。慎平給雁切看一張70年前的照片，照片上雁切的模樣與現在完全一樣。慎平追問他，是否正是菱形醫院的第一任院長——菱形紙垂彥，即是「四手」。
最終，慎平知道四手也是殺害父母的仇人，正想殺掉他，卻因紙垂彥是人類而不是「影子」而下不了手。在猶豫不決的過程中，他感覺到了雁切的樣子有些不尋常。
慎平等人失去了潮。在絕望的情況之下，雁切與波稻展開新的行動。
收到慎平的聯絡後得知潮死亡一事的澪與日鶴各自前往他所指定的會合地點。
澪與窗一同去找「慎平」時，卻看到雁切在等候著他們的到來。
而另一邊，儘管日鶴在赴約處看到等著她的是「慎平」……。
20. All is (not) lost.
0 分鐘
日鶴與雁切之間展開激烈的戰鬥，朱鷺子所操控的基爾與羅斯也前來幫忙，劇鬥越演越烈。與此同時，慎平與澪的「影子」來到另一個雁切的面前。澪的「影子」毫不猶豫地刺殺了紙垂彥，隨後她循著「影子」的氣息移動，找到奄奄一息的朱鷺子。朱鷺子說是日鶴和根津救了她，懇求慎平趕快去找日鶴他們，但是……
在慎平為日鶴的死陷入絕望時，菱形青銅出現在他面前。與青銅的談話中，慎平得知了關於四手的新線索。四手很可能保存著自己的屍體作為備用肉體。
而慎平也想起日都島夏日慶典當天——7月24日，還一無所知的潮會回來。雖然看見了潮復活的希望，但波稻與雁切也打算抓住潮。
慎平握著潮的「影子」遺留下來的頸鏈，而「第一輪的潮」接收了全部的記憶。一切正如慎平所計劃的那樣，潮完全復活了。接著，慎平拿起手槍對準自己的頭部，開始第十輪的輪迴。
輪迴的目的地是波稻本體所在的蛭子洞。通過攻擊蛭子的本體，慎平等人成功對波稻的本體造成致命傷，但察覺到他們計劃的四手與波稻迅速逼近他們。
因為潮手下留情，波稻保住了一命。而原本已殺掉的四手卻再次現身。四手想要獲得潮所擁有的「觀察者之眼」，從而終結世界。為了奪走「觀察者之眼」，四手剖開虛弱不堪，已無用處的波稻的腹部，將潮拖往波稻的故鄉。潮決心自己去做個了斷，但慎平依然緊追其後。
潮決心與四手決一死戰，但她也知道，四手的本體在現世，必須徹底消除鎧甲才可能打贏。為此，只能用潮的入侵能力與之對抗。
與四手激烈戰鬥後，潮已陷入無法戰鬥的狀態，於是慎平代替她與四手對峙。完成入侵的準備需要兩分鐘的時間，最後一戰拉開了帷幕。
慎平成功打倒了四手，讓一切結束，身為「影子」的潮也隨之消失。在新迎來的7月22日，醒來的慎平發現自己在渡輪上。睽違兩年返鄉回和歌山市「日都島」的他雖然感覺到些許的異樣感，但度過了一段和平的時光。島內居民為了準備夏日慶典熱鬧不已，而慎平與潮終於在此地重逢。
