在人类消失后的东京，最后一株向日葵少女与废弃机器人踏上了寻找“太阳”的旅程。
未来的地球被灰绿色孢子树覆盖，人类全体迁徙至地下。地面上，一株向日葵因吸收了神秘的“光之露”而化身为掌心大小的少女“希玛”。她与一台被遗弃的军用机器人“锈太”相遇，锈太的记忆芯片显示，只要能到达旧东京塔顶端让希玛在正午开花，就能召唤“真正的太阳”净化大地。他们穿过被藤蔓吞噬的涩谷十字路口、沉入水底的晴空塔，遭遇了由孢子聚合成的人形怪物“灰噬”。希玛逐渐发现，所谓“太阳的召唤”其实是一个让所有植物自毁的陷阱，而锈太的真实身份是制造这场灾难的武器原型。
继承了宫崎骏对自然与机械的哲思，画面每一帧都能做壁纸。故事内核远比预告黑暗且深刻，少女与机器人的羁绊催泪至极，是献给后末日的一首挽歌。
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