Patema é uma jovem corajosa de uma civilização subterrânea que ostenta uma incrível rede de túneis. Inspirada por uma amiga que desapareceu misteriosamente, ela é frequentemente repreendida por suas constantes excursões por esses túneis devido ao seu status real. Depois de entrar no que é conhecido como “zona proibida”, ela acidentalmente cai em um poço gigante sem fundo após ser assustada por uma criatura estranha.
Encontrando-se na superfície, um mundo literalmente virado de cabeça para baixo, ela começa a cair em direção ao céu apenas para ser salva por Age, um estudante descontente da nação totalitária conhecida como Aiga. O povo de Aiga é ensinado a acreditar que “Invertidos”, como Patema, são pecadores que serão “engolidos pelo céu”, mas Age resistiu a essa propaganda e decidiu proteger seu novo amigo. Um encontro casual entre dois adolescentes curiosos leva a uma exploração de dois mundos únicos enquanto eles começam a trabalhar juntos para desvendar os segredos de suas origens em Sakasama no Patema , um filme comovente sobre como superar as diferenças para coexistir.