真实之泪围绕几对少年少女的恋爱经历，追寻“什么才是真实的眼泪”这一问题的答案。少女石动乃绘因童年时的心灵创伤失去了流泪的能力。为了寻找“真实的眼泪”，她与立志成为绘本作家的少年仲上真一郎相遇。乃绘认为，常常仰望天空的真一郎一定拥有真实的眼泪，于是开始与他交往。
然而，真一郎的心中始终牵挂着另一名终日面带愁容的少女汤浅比吕美。和真一郎一样，比吕美也曾经历童年的心灵创伤。两人彼此爱慕，却又为了迎合对方而分别与他人交往。面对这段错综复杂的感情，真一郎最终必须直面内心，作出自己的选择。
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