稻叶夕士（阿部敦 配音）是刚刚考入了东条商校就读的一年级男生，因为童年时代的不幸遭遇，稻叶一直以来都寄宿在亲戚的家中，过着寄人篱下的生活。如今，考上了寄宿制的高中，稻叶对未来自由的生活充满了憧憬。

故事讲述的是在近未来的某个时间，人们已经不生存在自然世界中，而是生活在Romdo（穹顶）里；人类不需要感情的存在，只要遵守秩序，就能成为良好市民，维持生命。故事从移民Vincent来到穹顶开始，他的监护人Re-I是个美丽的警局工作人员，同时也是穹顶最高执政者的孙女。Vincent到来后不久，穹顶就发生了多起杀人事件，并有许多autoreiv被感染（autoreive为智能型机器人，有工作型、伴侣型、宠物型等等，所谓的感染即是被cogito侵蚀，简单来说就是产生了自我意识和情感），Re-I着手调查此事，新上任的警备局局长Raul也带着他的autoreiv出动。在此期间，Vincent的autoreiv感染死亡，并出现巨大的怪物追击他；Re-I在自己家中被怪物袭击，惊吓过度被送进医院。灰暗的画面，琐碎的情节，支离地构筑起Romdo的管理执法体系以及错综的人物关系；直到Vincent被当作违法者，而他又误会Re-I出卖了自己，心灰意冷之下，明白自己无法成为良好市民的他逃离了Romdo用在旁人看来是自杀一样的方法。之后，故事出现了转机，令人惊讶的发现原来世界上并不只有Romdo的存在。Vincent开始了寻找自我的旅行，虽然一开始他根本没意识到自己和别人有何不同，带着被感染的宠物型autoreiv Pino，被穹顶外的人们所救，和他们一起与企图消灭他们的机器战斗，惊喜地发现Re-I竟然来寻找自己，目击战斗中人们的死亡，让谎言变成现实。请活着的人送因为无法适应外界空气的Re-I回穹顶，而他，选择出走，带着Pino，乘着风船，那是一只不畏前途险恶的兔子。旅途中，Vincent遇到形形色色的被称作Proxy的人物，也逐渐明白自己亦是Proxy，不是人类，却不愿承认。Re-I为了揭开穹顶的秘密再次找到Vincent，带着困惑，带着可以杀死Proxy的武器。战战兢兢的，不是害怕被杀死却仍将武器还给Re-I的Vincent(男主），不是失去了自己的autoreiv和王子的美女姐姐（女主)，也不是喜欢穿狐狸套装学会了快乐和难过的天真少女（Pino）；战战兢兢的，是观众，揣摩着Vincent和Re-I若即若离的情感，猜测着Romdo的命运。当最后Pino一把抓住从崩坏的穹顶中跳下的Re-I时，悬着的心放下了一半；当Re-I笑着说要去接Vincent时，故事迎来了结局，和另一种意义上的开始

　　サイクルロードレースに青春を燃やす高校生たちの成長や友情を描いた人気アニメ「弱虫ペダル」の完全新作劇場版。原作者の渡辺航が原案を担当した、オリジナルストーリーが描かれる。全国大会（インターハイ）で激闘の末に総合優勝を勝ち取った総北高校自転車競技部の小野田坂道は、卒業を控える3年生の指導の下、「全員で支え合い走りぬく」というチーム総北の魂を継承するため、日々の練習に励んでいた。そんなある日、チーム総北に、インターハイの成績優秀チームが出場する「熊本　火の国やまなみレース」からの出場招待が届く。打倒総北に燃えるライバルチームや地元・熊本台一など、全国の強豪が集まるレースに向け、坂道たちは士気を高めていくのだが……。