『空の落とし子』において、桜井智樹は、見知らぬ天使が空へと消えていく夢を繰り返し見る。天使は「空が私を捕らえた」と言う。ある日、その夢は変わり、天使は降り立ち、彼の助けを切実に求める。
授業中、居眠りしていた智樹を幼馴染の三咲 光が起こし、涙に濡れた顔に気づく。心配した光は、謎の空中現象「新大陸」に執着する上級生の菅田英二郎に相談するよう智樹を促す。その異常現象が町を通過しようとしているため、菅田は智樹の夢を探り、「新大陸」に関する情報を集めるため、真夜中に会うよう提案する。友人たちは現れなかったが、智樹は一人で行き、空から天使型機械生命体が落下するのを目撃する。それは智樹に付着し、彼を主人と宣言する。
その後、光は智樹を、菅田が唯一のメンバーである「新大陸発見部」に加入させるよう強要する。三人は「新大陸」、天使型機械生命体、そして智樹の夢に出てきた少女の謎を調査し、予想以上に危険な真実へと辿り着く。