Kimi wo Aishita Hitori no Boku e Berlatar cerita di dunia di mana orang-orang berada di antara dunia pararel. Koyomi Takasaki tinggal bersama ibunya setelah orang tuanya bercerai. Suatu hari, ia bertemu dengan gadis bernama Shiori Satou di lembaga penelitian tempat ayahnya bekerja.

Ketika perasaan keduanya tumbuh menjadi cinta, orang tua mereka memberitahu akan menikah lagi. Koyomi dan Shiori memutuskan untuk lari ke dunia pararel agar dapat terus bersama tanpa harus menjadi saudara.