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。
