Zwei Jahre zuvor zog Mitsuki Kouyamas Kindheitsfreund Eichi Sakurai nach Amerika, bevor sie ihm ihre Gefühle gestehen konnte. Obwohl sie ihn nicht kontaktieren kann, haben sie ein Versprechen gegeben, ihre Träume zu verfolgen: Mitsuki möchte professionelle Sängerin werden, während Eichi Astronom werden will. Sie hofft, dass ihre Musik ihn eines Tages auf der ganzen Welt erreicht und so hell leuchtet wie der Vollmond.
Doch es gibt eine Komplikation: Mitsuki hat Kehlkopfkrebs, der ihre Stimme leise macht und das Singen erschwert. Ihre Großmutter verabscheut Musik und besteht darauf, dass Mitsuki sich einer Operation unterzieht, um den Krebs zu entfernen, doch Mitsuki weigert sich, weil dies das Risiko birgt, ihre Stimme vollständig zu verlieren. Eines Tages erscheinen zwei Shinigami – Meroko Yui und Takuto Kira – und teilen ihr mit, dass sie nur noch ein Jahr zu leben hat. Diese schockierende Nachricht treibt Mitsuki zum Handeln, und sie beschließt, mit Merokos und Takutos Hilfe innerhalb der verbleibenden Zeit eine professionelle Sängerin zu werden.
Full Moon wo Sagashite folgt der emotionalen Reise von Mitsuki und ihren Shinigami-Begleitern, während sie lernen, was es wirklich bedeutet zu singen – und letztendlich, was es bedeutet zu leben.