Ini adalah tahun 2046, Noboru Terao dan Mikako Nagamine adalah teman dekat yang akan segera lulus sekolah menengah pertama. Namun, setelah serangan alien terhadap umat manusia, Mikako terpilih untuk mengikuti ekspedisi luar angkasa militer PBB yang bertujuan untuk membalas dendam kepada alien. Terpisah, Noboru dan Mikako berusaha untuk tetap berhubungan dengan saling berkirim email dengan ponsel mereka. Namun, seiring perjalanan ekspedisi yang semakin jauh dari Bumi, waktu yang dibutuhkan untuk mengirim dan menerima pesan satu sama lain semakin lama.Hoshi no Koe berkisah tentang hubungan antara pasangan ini ketika mereka mencoba untuk tetap terhubung meskipun jarak di antara mereka semakin jauh.