Patema vive em um mundo subterrâneo após um desastre que inverteu a gravidade. Curiosa, ela explora áreas proibidas e acaba caindo em um mundo na superfície onde tudo parece estar de cabeça para baixo. Lá conhece Age um garoto que vive sob um regime rígido que considera os “invertidos” pecadores. Juntos eles desafiam preconceitos e segredos do passado enquanto tentam entender a verdadeira natureza de seus mundos e encontrar uma forma de coexistir apesar da gravidade oposta.