ちょっと不思議な「古本屋 こほにゃ」の店長代理である猫耳少女・真琴は、いつものように店番をしていたある日、気がつくと雪の降る公園に倒れていた。彼女はそこで、中に何も書かれていない古びたハードカバーの本を拾う。「古本屋」へ戻ろうと公園を出た真琴だが、公園の外に雪は降っておらず、町には人の気配も無く、さらにはそこが目に見えない「結界」によって閉ざされた「セカイ」であると判る。しかも、いつもなら自身の能力で難なく帰れる「古本屋」への帰り方も忘れてしまっていた。やがて真琴は、町を駆けて行く赤い髪の少女・リアを目撃し、町の通りで剣を持つ天禰と鼓、カフェテラスではイリス・妃華・花菜と名乗る少女たちと出会う。奇妙な出会いに戸惑いつつも、こうした事件を起こしそうな存在に心当たりのある真琴は、元居た公園に向かう。そこには、真琴そっくりな白づくめの少女・マコトが待っていた。彼女を倒せばこの事件も終わるという真琴の考えに対してマコトは、自分を倒してもこの「セカイ」は続くこと、仮にこの「セカイ」が消えれば真琴の出会った現実の少女たちも消えてしまうこと、少女たちの夢・願い・望みと真琴の抱えている本が重要な意味を持つことを真琴に教え、町へ戻るよう促すのだった。再び町の探索を始めた真琴は、出会った少女と共に見つけた「古本屋」で、中身の書かれていなかった本に自らの置かれた状況と『鏡の国のアリス』の関係を思わせる詩が刻まれていることに気づいた。そうして彼女は、「物語」の鍵を持つ少女たちと不思議な本を手がかりに、この「セカイ」を終わらせて少女たちと元の世界へ戻るべく奮闘を続けるのだった。