謎の生命体・精霊の出現により起こる大災害・空間震が発生するようになって、約30年が経った世界。 妹と2人暮らしの高校生・五河 士道は、人間に絶望する精霊と出会う。そして、妹・琴里から、自分が精霊と交渉して、世界と精霊両方を救うことのできる存在であることを知らされる。しかし、その方法は「精霊とデートして、デレさせる」というものだった。 妹の理不尽な訓練の末、再び精霊の少女と出会った士道は彼女に十香という名をつける。 そして、士道は、様々な精霊たちとの”デート”を繰り返していく中で、自らの出自、さらには精霊という存在の詳細、それを取り巻く陰謀を知ることになる。
DEMによって窮地に陥っていた士道たちは、死んだと思われていた狂三によって救われた。しかし今度はそこに澪が現れる。真士への想いにとらわれる澪を前にした士道は、彼女を救うためにあることを思いついていた。
かつて崇宮真士と澪がデートで訪れた海岸へと、士道は令音を連れてきた。令音の好感度も高くなり、士道はついに彼女とキスをする。二人を見守っていた琴里たちも、デートの成功を確信するが……。
まだDEMとの決戦が始まる前、まだ誰も死んでいない時間へ士道は戻ってきた。同じ未来を繰り返さないために、士道は澪＝令音にデートを申し込む。士道から事情を聞いた琴里や精霊たちは、二人のデートをサポートする。
澪から、精霊たちはすべて死んだと告げられ、愕然となる士道。呆然として動けないまま、澪によって士道としての記憶を消されてしまいそうになるが、まだ一人だけ、生き残っていた精霊がいた。
十香たちのもとへと急ぐ士道の前に、ウェストコットが立ち塞がる。一方、十香たちは、澪が顕現させた天使〈万象聖堂（アイン・ソフ・オウル）〉の恐るべき力の前に、なすすべなく追い詰められていく……
突如現れた少女を前に、士道はさまざまなことを思い出す。少女の名前は崇宮澪。士道がかつて崇宮真士だったときに想いを通わせ合った相手だった。一方〈フラクシナス〉の琴里たちも、令音の正体を知り騒然となる。
ある時、ある場所。崇宮真士は空間震に遭遇するが、その現場で女の子を見つける。自分のことをほとんど何も覚えていない彼女は、澪と名付けられて、真士とその妹である真那とともに暮らすようになる。
士道たち〈ラタトスク〉とDEMの全面対決が始まった。狂三とその分身体、日下部燎子に率いられたASTもそこに加わり、戦いが激しくなる中、士道は疑似精霊〈ニベルコル〉の大群と対峙する。
DEMとの戦いを前に、慌ただしくも士気高くその準備に取り組む〈フラクシナス〉のクルー。士道やみんなを元気づけようと、差し入れ作りに励む精霊たち。決戦のときが刻一刻と迫る……。
空中艦〈フラクシナス〉の艦橋に集まった琴里や十香たちは、これまでに狂三が204回も時間を遡り、士道を救っていたことを聞かされる。また崇宮澪とは何者なのか、士道は自分の記憶を探ろうとするのだが……。
