Апокалипсис в аниме «Планетарианка: Звездный странник» до неузнаваемости изменил Землю. Людей почти нет – вместо живых существ планету заселяют агрессивные роботы, а экология такова, что выйти без защитной одежды под радиоактивный дождь означает смерть. Практически от человечества остались одни «мусорщики», бродящие по бывшим магазинам и складам в поисках пищи, сигарет, спиртного.
Один из них, бывший солдат по имени Кудзуя, давно путешествует с места на место. Судьба приводит его в полуразрушенный город, где чудом сохранилось здание, на крыше которого некогда был планетарий. Парень не ждёт здесь никаких чудес, но неожиданно встречает симпатичную девушку-андроида Юмэми Хосино. Когда-то она была работницей планетария, но после ядерной войны вот уже тридцать лет обитает среди руин в полном одиночестве. Мозг девушки-робота повреждён, и она не понимает, что атомная война всё уничтожила.
Юмэми по-прежнему живёт в прошлой жизни и воспринимает приход посетителя как само собой разумеющееся, при этом она много и весело болтает, что поначалу сильно раздражает Кудзуя. Спустя некоторое время всё меняется: Юмэми удаётся пробудить в парне ощущение ностальгии и веры в лучшее – ведь звёзды по-прежнему светят на небе! Удастся ли героям починить планетарий и вернуть утраченный мир?