成績優秀な主人公・由崎星空（以下、ナサ）は、高校受験を控えた大雪の日に偶然道端で出会った少女・月読司に一目惚れする。ナサが彼女に声をかけようと道路を横断した際、トラックに轢かれてしまう。司は自らの身を挺してナサを助け、名前も告げずに去っていこうとするが、彼女のその姿にかぐや姫を連想したナサは、事故で満身創痍の状態であるにも関わらず司を追いかけ、そのまま告白をする。司が「結婚してくれるなら付き合う」と返すと、ナサは即答で承諾する。その直後、ナサは気を失ってしまう。

その後病室で目を覚ましたナサは、リハビリと勉強に打ち込み、退院後に一浪で高校にトップ合格する。しかし、司のことが忘れられないナサは高校に行く気になれず入学を辞退し、いつかまた司に会えることを期待して、人と出会える機会の多い接客や配達のバイトに明け暮れる。

司と再会できぬまま18歳になったある日、約束通り結婚するために司がナサの自宅を訪れる。ナサと司はその日のうちに結婚届を区役所に提出、本当の夫婦となった。

結婚式のことなど特に考えず、その後に会った自分たちの友人・知人にしか結婚した事実をつげないという、つつましくも初々しい新婚生活が始まった中、司のことを「姉様」と慕いナサとの結婚を認めないという鍵ノ寺千歳がナサたちのもとに押しかけてきて、ナサはそのまま拉致され、鍵ノ寺家へ連れられていく。そこから逃げ出すとき、ナサは鍵ノ寺家に月の石が保管されているのを発見した。それからナサは司と合流してとりあえず逃げだし、無事に帰宅した。

ナサと司は、ナサが元々住んでいたアパートにてそのまま夫婦としての生活を送っていたが、2人が住むには狭いため引っ越しを検討しはじめたとき、ナサが自分の両親に結婚の報告をしていなかったことに気がつく（新居の保証人になってもらおうとして思い出した）。ナサの母（叶香）は、自分たち両親と司を会わせないと保証人にならないと言って、ナサは司と共に半ば強制的に、両親が住む奈良へと向かわされる。

千歳にまとわりつかれながらも無事にナサの両親との面会を果たしたナサと司だが、東京の自宅に戻ると、自宅のアパートが落雷によって発生した火災により、ほぼ全焼していた。そのためナサと司は新たな家が見つかるまで、ナサの中学時代での同級生および後輩である有栖川姉妹の自宅にある離れに下宿することになる。有栖川姉妹に振り回されつつ、新しい夫婦の生活が始まる。

またナサは、中学時代の担任教師だった柳直子先生と再会。何度か柳先生と会ううちに、柳先生が結婚を決めたこと、ところが学校でやることになったICTの授業が全く手に負えず、結婚が延び延びになっていることを聞かされ、現在柳が教えている御伽女子高で、ナサはボランティアの講師をすることになった。ナサが担当することになった女子高生達は、自分たちと大して変わらない年齢である18歳にして既婚者であるナサと、その妻である司に興味津々。生徒達はナサの下宿先である有栖川家の銭湯にまでやってきて、さらなる騒動を引き起こす。

そんな中、愛情に溢れた夫婦の些細な会話の中で司は、自分とナサが初めて出会った時に交わしたときの話を、事故の大怪我の影響によりナサは半分しか覚えていないことに気がつき、有栖川家を出てしまう。さらに、自分の長年の理解者だった月読時子が死去（病気による自然死）したことによりさらに気落ちした司は、自分を探しに来たナサに対し、ナサが改めて自分の正体を知ったら、ナサが去って行くことになるであろうから怖いと、自ら別れを切り出す。だがナサは自分の思いの丈を司にぶつけ、それを聞いた司も「ホントは離れたくない」とナサに抱きつく。その時、ナサは司と初対面の時の、失われていた記憶を取り戻した。それは司が、かぐや姫が残した薬“蓬莱”を与えられた結果、不老不死になって約1400年を生きている人間だと自ら語ったこと、そしてそれを聞いてもナサは、それでも司と結婚したい、普通の人間に戻りたいという司の願いを叶えるためなら月にだって連れて行く、と言ったことだった。

約1400年前、竹取の翁が育てた、竹より生まれたという「輝夜（かぐや）」という姫の見合い相手の話で都はもちきりだったが、岩笠という男のひとり娘はそんな話に興味もなく、薬師として人々を助ける仕事に没頭していた。だが、輝夜が月に帰るという話が出て都がまた大騒ぎになっていた頃、娘は病に冒され、立つことすらできなくなっていた。輝夜を迎えに月からやって来た軍勢を迎え撃つ兵の一人として戦に参加していた岩笠は、無事に娘の元に戻ったが、その翌日娘の病はすっかり癒えていた。その後、娘は自分がどんな怪我をしても瞬時に直ってしまうことに気がつく。輝夜が遺した不老不死の薬を、岩笠が娘に与えた結果だった。岩笠は処刑され、娘は「不死者の肉を食らえばどんな病も治るのでは」と考えた者達に追われては返り討ちにし、自殺を試みては失敗し、自分の名も忘れ、放浪するという凄惨な日々を過ごす。

やがて月に向かって、自分を普通の体に戻して欲しいと泣き叫んでいたところ、厩戸（うまやど）という政治家と出会い、娘の願いは自分か、自分の子孫がいつか叶える代わりに、自分が理想とする国作りを手伝ってほしいと言われる。娘は厩戸より「司」という新しい名を与えられ、行動を共にすることになる。

ナサは司の正体について思い出したが、それでもナサの司に対する想いは変わらず、より絆を深くしたナサと司は下宿先の有栖川家に戻ってくる。

その後千歳が、ナサ宛ての時子の遺書を届けに来た。そこにはナサに司のことを託す言葉などと共に、「プレゼント」として5次元データーストレージ（英語版）が封入されていた。

通夜の日に司はナサに、時子との出会いなどについての話をする。第二次世界大戦直後、国外に行っていた司が日本に戻ってきたときに保護して名付けた孤児が「時子」だった。やがて成長した時子は司の願いをかなえるため、アポロ計画による人類の月面到達に大きく貢献するという業績を上げた。だが月面では司が期待していたようなものは何も発見されず、輝夜の痕跡はなかった。そのため絶望した司は、ナサと出会う直前まで、山奥の屋敷に引きこもっていたという。

その、かつて司が引きこもっていた京丸の屋敷には司と時子の荷物が残されていたため、時子の娘である栞に遺品を整理してほしいと頼まれ、ナサと司、またふたりについてきた千歳は京丸へと向かうことにする。秘境探検の動画を撮ろうとしていたナサの生徒たちと鉢合わせになった以外に特にトラブルはなかったが、その屋敷でナサは、時子が残した5次元データーストレージを読み取るための機械部品を見つける。時子が残したデータには、司の不老不死の体質についての研究があったが、それを見たナサは、司の身体を元に戻す方法があるはずだと考える。

由崎司役の鬼頭明里と由崎星空役の榎木淳弥による『TVアニメ「トニカクカワイイ」司と星空のカワイイ&尊い新婚ラジオ略してトニラジ！』が音泉にて2020年10月25日より不定期配信された。