故事舞台是公元2078年，日常中残留些微魔法的长崎市。主角是魔法使一族的末裔、17岁的月白瞳美，是个从小就仅能看见黑白二色的世界、对人闭上心扉、讨厌魔法的女孩。有天，她的祖母-大魔法使月白琥珀使用时间魔法将她送往60年前，并要求她去见17岁的自己。
来到公元2018年的时空，瞳美掉入葵唯翔的房间，从窗户离去时被与唯翔同社团的川合胡桃和风野浅葱看见。众人误以为是唯翔的女朋友，并带她前往月白家的魔法屋，由于高中的琥珀正在英国留学，她便接受月白家的收留。其后瞳美发现家传耳饰遗失，透过魔法找到遗落于唯翔的房间，与唯翔交谈时解释所有误会系源自魔法失误，并意外发现她可以看见唯翔绘画作品的色彩，想进一步询问却被唯翔拒绝。
月白家安排瞳美入读南丘高中，到校初日再度遇上摄影美术社成员。为澄清朋友误会，唯翔要求瞳美施展魔法证明身份（证明瞳美为魔法师且确实是因为魔法失误而出现在唯翔房间），不擅魔法的瞳美勉强施展但魔法呈现效果不佳，场面尴尬。而后独处时唯翔答应再给瞳美观赏绘画作品，并表示期待她能成功学会魔法。社团招生体验活动后，瞳美加入摄影美术社。
收到消息的琥珀提早结束留学回到日本与瞳美见面，个性开朗的琥珀很快与摄影美术社成员结识，并且鼓励瞳美告诉同社成员自己来自未来的身份。后琥珀以魔法使身份入社，社团改名为魔法摄影美术社。
此时唯翔创作遇到瓶颈，为鼓励唯翔，瞳美在琥珀指导下成功自制魔法星砂相赠。社团外出活动时，瞳美无意识地发动魔法进入唯翔画中世界，发现画作深处出现各种阴郁、负面的图案，她查觉此为唯翔内心黑暗面，以及他想放弃绘画的挣扎，追问之下引起唯翔强烈反感而离去，关系转僵。事后唯翔对瞳美道歉，承诺不会放弃创作，并希望瞳美能在他的作品中找回失去的色彩，两人和好后瞳美短暂恢复色觉。琥珀对瞳美暂时恢复色觉的契机展开调查，告知瞳美她可能在无意识间施展魔法封印自身色觉，而为了调查解除条件，琥珀让唯翔和瞳美进行各种相处，初始别扭的两人在实验后开始以名字相称。
随着对社团的投入，瞳美对摄影愈加热忱，向社长山吹将学习技巧，将却于两人独处时告白，不知如何回应的瞳美开始缺席社团活动，随后决定正面回复拒绝将的心意。同时暗恋将的浅葱在察觉到将的告白后不知所措而回避著瞳美，但在两人坦白心意后，很快就重修旧好。
琥珀决定在文化祭举办可让大家进入画作游玩的活动。唯翔负责作画，瞳美则在琥珀指导下成功练成进入画作的高级魔法。众社员一同遨游画作世界时，唯翔在未知深处遇见年幼的瞳美，对话过程中唯翔发现她早已封闭内心情感。魔法结束后瞳美告知唯翔自己的过去母亲是月白家首个不会魔法的成员，在自己成功使用魔法后抛弃她离家而去。瞳美归咎于自己为了使用魔法讨母亲欢心，却没考量到母亲对于无法使用魔法的厌恶，瞳美由此开始讨厌魔法、封闭内心，并把所有结果（包括失去色觉之事）当作惩罚概括承受。吐露心事的瞳美在唯翔极力开导下改变自责的心态，并感到如释重负。
文化祭前夕瞳美多次凭空消失又出现，但本人对消失期间发生的事情毫无印象。琥珀判断此为发动时间魔法后，时空修正现象把时空旅人拉入时间缝隙中，因此瞳美才会凭空消失。必须尽快于魔法效果最强的新月之时、同时也是文化季最终日，将瞳美送回未来，否则她将永远受困在时间缝隙。众人开始协助搜集时间魔法所需的大量高级星砂，但瞳美对于是否该回去一事十分纠结，她不想离开同社团的伙伴，特别是失去与唯翔的牵绊。回到家中，瞳美将思慕之情写于纸飞机上，并利用魔法传送给唯翔，随后两人在夜晚独自碰面，互相倾诉思念。
最后时间里，瞳美和众人度过难忘的文化祭。时间魔法发动期间，众人一一与瞳美道别，但唯翔仅简短告别而未表白心意。突然间魔法失控，瞳美跟前来相救的唯翔落入未知空间。此时两人终于说出心里话，感谢对方拯救了自己封闭的内心，并互相告白。而后未知空间随即解除，瞳美的色觉完全恢复，并成功回到未来。但琥珀察觉自己的时间魔法其实并未成功，原来最初60年后的自己在使用时间魔法时，早已设定当瞳美解开施加在自己身上的魔法时，就是她时空旅行的极限。所以瞳美带来的信件中并未提及将她送回未来的方法，就是因为她清楚知道高中时的琥珀无法驾驭。故琥珀暗自下定决心，要持续精进实力成为伟大的魔法使。
回到60年后的瞳美，终于理解祖母用意，明白自己也可以追求幸福。回到魔法屋，琥珀拿出社团成员们为瞳美准备的时光胶囊。由于时空旅人无法携带行李，他们决定把当时的相片制作成相簿，送给未来的瞳美留作纪念。唯翔则为瞳美创作名为“七彩的企鹅”绘本，讲述黑白企鹅（象征瞳美）和各种动物（社团伙伴们）的故事，而该绘本正是瞳美年幼时常与母亲一起阅读的书，在瞳美失去色觉后，七彩的企鹅绘本也成为瞳美唯一可以看见色彩的物品。
回到学校，瞳美主动和同学攀谈，并重新加入魔法摄影美术部，开启了拥有色彩的人生。而故事尾声时，瞳美独自到墓园追悼的未知坟墓，对象可能为瞳美的高祖母、曾祖父母、母亲、甚至是唯翔（依最终话唯翔开头之独白推测），然真相为何则留待观众自行想像。
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