全人类因谜般的现象而在一瞬间石化，之后过了数千年——。 拥有超越人类的头脑，天生的科学少年·千空苏醒了。 “从石器时代到现代文明，要跨越这科学史上的200万年！”。 在这走投无路的状况中，千空寻找着伙伴，决心取回原先的世界！
小学时期，游泳部的四名成员在毕业前的游泳比赛中夺冠，之后他们毕业的毕业，出国的出国，四人分道扬镳。时过境迁，就读岩鸢高中的七濑遥（岛崎信长 配音）和好朋友橘真琴（铃木达央 配音）升上高二，他们与昔日的游泳部成员之一叶月渚（代永翼 配音）重逢。三人回忆起小学时光，约定到曾经的游泳馆去。在废弃的游泳馆里，他们居然遇到了归国的松冈凛（宫野真守 配音）。意料之外的是，昔日战友凛性情大变，还对遥发起挑战，结果遥输给了他。 遥、真琴和渚决定成立游泳部，经过多番努力后，终于招募到了新成员龙崎怜（平川大辅 配音），他们以县大赛冠军为目标，进行紧张的集训。另一方面，凛所在的鲛柄学院游泳部也在为大赛作准备。他们约定，要在赛场上决一高下。充满激情和活力的游泳部，在这个夏天，开始了关于友情与青春的Free!故事。
八坂一（三瓶由步子 配音）是一个普通的少年，每年夏天，他都要借宿于祖父位于海边的老宅。这一年是注定不平凡的一年，在方舟咖啡馆里，阿一遇见了令他一见钟情的女子——岚山岚（白石凉子 配音）。岚亮丽的外表和开朗的性格吸引着阿一的注意，但更重要的是，当阿一和岚的双手相触之时，他们居然穿越回了古代的日本！ 原来，岚的实体在二战时期早已死去，现在出现在阿一面前的，是一种被称之为“幽灵体”的存在，当幽灵体遇到了特定的人物时，便能够激活其穿越时间的能力。在咖啡馆里，越来越多的幽灵体聚集在了一起，在她们对于往昔的思念和忧伤之中，岚和阿一发展出了一段超越了时空的爱恋。
