Ngoại Cảm Ngàn Sao kể về Umika Konohoshi, 15 tuổi, là một nữ sinh trung học ngọt ngào nhưng nhút nhát. Cô gặp khó khăn khi nói chuyện với người khác và mơ ước có một người bạn đến từ hành tinh khác. Nhưng cuộc sống học đường cô đơn của cô rẽ sang một hướng khác khi cô gặp học sinh chuyển trường Yu, một người ngoài hành tinh có năng lực ngoại cảm! Hai người trở nên thân thiết và hứa sẽ du hành vũ trụ vào một ngày nào đó. Vì vậy, họ quyết định chế tạo một tên lửa và bắn tới các vì sao, đồng thời kết bạn mới trên đường đi.