Tiếp nối câu chuyện của Season 2. Câu chuyện của bộ phim bắt đầu sau khi các sự kiện của mùa giải thứ hai, tại lễ tốt nghiệp của các sinh viên năm thứ ba. Biết rằng tốt nghiệp của các thành viên năm thứ ba có nghĩa là kết thúc của μ, chín cô gái đi dạo quanh trường đầy ắp kỷ niệm. Tuy nhiên, khi các sinh viên cố gắng rời khỏi cổng trường, một email sẽ được gửi cho họ, và bức màn về một câu chuyện mới cho nhóm μ bắt đầu.

Có một tin đồn trong thế giới học đường, ấy là về một hiện tượng kì bí gọi là "hội chứng tuổi mới lớn". Một ngày nọ, cậu học sinh cao trung Sakuta Azusagawa đột nhiên thấy một cô gái tai thỏ xinh đẹp xuất hiện trước mặt mình. Cô gái ấy chính là Mai Sakurajima - đàn chị lớp trên của Sakuta và là một nữ diễn viên nổi tiếng hiện đang tạm nghỉ. Không hiểu vì lý do gì mà chỉ có mình Sakuta thấy cái tai thỏ của Mai mà thôi, không ai ngoài cậu có thể thấy được cả. Thế là Sakuta quyết định tìm cách giải mã bí ẩn này. Cậu tiếp cận và dành nhiều thời gian với Mai hơn, và từ đó, cậu dần hiểu ra những cảm xúc bí mật được giấu kín trong Mai. Nào ngờ đâu, những cô gái khác với "hội chứng tuổi mới lớn" cũng bắt đầu xuất hiện trước mặt Sakuta.