《秒速5厘米》由三个章节构成。在第一章节《樱花抄》中，小学时代的远野贵树和筱原明里相互喜欢，因明里转校，两人只能书信往来。贵树决定在冬季去见明里，途中遭遇大雪列车晚点，但他还是坚持赴约。两人在樱花树下见面，互诉心意后接吻。第二章《宇航员》，进入高中的贵树认识了花苗，花苗暗恋着贵树，可贵树心中仍思念着明里。而花苗在知晓贵树无法回应自己的感情后，选择默默放手。最后一章《秒速5厘米》，成年后的贵树与明里在列车道口擦肩而过，彼此都已释然，贵树转身离开，故事在这平淡又略带伤感的氛围中结束。影片以细腻的笔触描绘了爱情在时间与空间的冲刷下逐渐消逝的过程。