Asumi Kamogawa to drobna 14-letnia dziewczyna z intensywną pasją do kosmosu, w szczególności do gwiazd. Od wczesnego dzieciństwa uczy się o przestrzeni kosmicznej od mężczyzny, którego nazywa „Lion-sanem” – mądrego i przyjaznego ducha noszącego ogromną głowę lwa. Mimo trudnej dynamiki w rodzinie Asumi decyduje się zapisać do Tokijskiej Szkoły Kosmicznej. Asumi szybko nawiązuje przyjaźń z grupą kolegów ze szkoły: Shinnosuke Fuchuuya, jej znajomej z dzieciństwa w okularach, charakteryzującym się pewną brutalną szczerością; Kei Oumi, bardzo przyjaznej dziewczynie, którą zainspirowały zdjęcia Neila Armstronga z pierwszego lądowania na Księżycu; Marika Ukita, nieśmiałej, ale pięknej dziewczynie z własnymi tajemnicami; oraz Shuu Suzuki, odważnemu, ale inteligentnemu chłopakowi o bardzo swobodnym podejściu do życia. Akcja Futatsu no Spica rozgrywa się w alternatywnej przyszłości, w której pierwsza japońska rakieta wybudowana przez człowieka rozbiła się w 2010 roku. Jest to historia dorastania skupiająca się na tych młodych licealistach i ich drodze ku gwiazdom.