秒速五厘米以一个少年为故事轴心，而展开连续3个独立故事的动画短片，时代背景是从1990年代至现代的日本，通过少年的人生展现东京以及其他地区的变迁。
樱花抄：樱花花瓣飘落的速度是每秒五厘米，那么两颗心需要多久才能靠近，大雪弥漫的世界，车站延迟的时间仿佛隔了一个世纪的遥远。
贵树和明里小时候
贵树因为父母调职而转校来到东京的小学。一年后，明里也转校来到同一班级。两人因体弱多病，不擅长运动，而喜欢独自待在图书馆。虽然年纪还小，可是两人还是互相吸引，对方在自己心中的存在渐渐变得无法取代。但是，两人亲密的世界因明里再度转校而悲哀地告终。之后，贵树一直努力地适应没有明里的世界。但在中学一年级的夏天，贵树收到明里写给他的信时，感情一下子再度涌现。他们开始通信，并再次得到能够互相传达心意的幸福。
落日
那年冬天，贵树要转校去一个遥远的地方。比现在分开得更远，可能再也不能见面。于是两人在信中约定：在放学后贵树乘电车到明里身处的栃木县岩舟车站，会合时间是晚上七时。1995年3月4日，从早上开始下着寒冷的雨，中午时雨又变成了雪。放学后，贵树按约定乘坐电车前往岩舟车站。因下雪的缘故电车发生了晚点与停运，导致贵树错过了约定的时间，但在到达岩舟车站候车室时发现明里依然在等着他。候车室内贵树吃过明里做的茶点，其后与明里一同前往其信中所提到的樱花树，并在树下交换了初吻。那天晚上，两人在田边的仓库休息了一晚。次日，贵树乘坐早上的第一班电车和明里告别了。
宇航员：火箭以时速五公里的速度飞向天际，只留下那宛如那过往云烟般渐渐远去的某物，请不要对我这么温柔，你的温柔是我内心的柔软。
风景
中学二年级的第一天，花苗看到从东京转校过来的贵树时，就已经喜欢上他。无论上课时还是放学后，甚至带狗在海边散步时，花苗都会在视线的一角寻找他的身影。为了和贵树在同一所高中而拼命温习，虽然合格了但还是没有向他告白的勇气，一直都暗恋着贵树。1999年，高中三年级的夏天，不但受姐姐影响而在高中开始的滑浪陷入了低潮，而且也决定不了毕业后的出路。虽然花苗对贵树的思念愈来愈强烈，但只是为了装作偶然遇上而一起回家。在高中生活只剩下半年时，感到焦急的花苗做了一个决定：能够在滑浪时再次站起来，就向贵树表白。为此，花苗努力练习滑浪，成功地在滑浪时再次站起来。某日放学后，花苗打算向贵树告白，却发现贵树的心里并没有她，而忍住了告白，但依然喜欢着贵树。高中毕业后，贵树考取东京的大学。在其离开种子岛时，花苗去机场送贵树乘坐飞往东京的班机。
秒速五厘米：大雪弥漫的田园深处，城市远方遥不可及的灯火，零零星星地在黑夜中闪烁，洁白的积雪上留下少男少女的脚印，两人约定着一起观赏下一季的樱花。
明里
2007年的东京，贵树在从事系统工程师的工作，过着忙碌的日子。出来社会工作后，季节和季节、年和年之间的区分变得暧昧起来，不知不觉就过了数年。那年年尾，贵树和交往了3年的水野理纱分手了。2008年，贵树在春天来临前辞职了。他既觉得有的理由要他这样做，同时又觉得能令自己接受的理由其实一个也没有。不久空气慢慢变得暖和，樱花的季节也到访东京。在一个恬静的平日，中午过后，贵树披上薄外套，走在街上。经过铁道时，与迎面而来的女子擦肩而过的瞬间，猛然想起了多年未见的明里。在通过铁道缓缓转过身，两人目光交错，就在心与记忆即将沸腾的瞬间，却被疾驰而过的小田急线列车挡住了视线。而在电车通过时贵树就已在心中下了决定，待电车通过后发现女子早已离去时，微微一笑转过身去。
贵树
《秒速五厘米》是一部青春爱情系列影片，结局中贵树错过了自己的青梅竹马明里，这种类型的结局主要给了观众很多的遐想，每个人在生活中总会错过很多事物，人往往在失去的时候才懂得珍惜，每个人也都有错过爱情的时候，过去的事情已经成为了心中美好的回忆，这并不是失败，而是一种亲切的留恋，是宝贵的一份记忆。新海诚想表达的是，曾经纯真的感情并不会随着时间的流失而消逝。即便这种感情因为种种原因没有得到完成，但它必定会是心里美丽的一段回忆。而龟缩于以往的伤痕中，不敢接受新的幸福，只会使心越来越苍老，后慢慢死去。
结尾
影片的名字《秒速五厘米》解读每秒5厘米似乎这个速度并不是很快，甚至可以说是很慢。人的步行速度都比它快。可这个速度如果保持了13年呢。
通过这个公式可以计算出来
5CM/S * 13年 * 365天 * 24小时 * 60分钟 *60秒=20498.4公里.
20498.4公里，这个距离正好是绕行地球半圈的距离，也就是南极和北极的距离。当然也许这只是个巧合，经过一些专业达人的分析，贵树和明里后一次见面，到岔道口的相遇，正好是13年。两颗曾经相溶的心，经过了13年的时间，彼此达到了地球上远的距离。