Amaama to Inazuma sigue a Kouhei Inuzuka, un profesor de matemáticas que cría solo a su pequeña hija, Tsumugi, desde la muerte de su esposa, Tae. Bondadoso y entregado, pero sin apenas conocimientos de cocina, Kouhei recurre a comidas preparadas de tiendas de conveniencia mientras intenta compaginar la crianza con su trabajo en la escuela. Frustrado por su propia incapacidad para poner en la mesa comida fresca y nutritiva, acepta la invitación de su alumna Kotori Iida para ir a cenar al restaurante de su familia.
La primera visita no sale como esperaban: la madre de Kotori suele ausentarse por trabajo, el restaurante está cerrado con frecuencia y la propia Kotori a menudo termina comiendo sola. Tras mucha insistencia de su alumna, Kouhei vuelve una y otra vez con Tsumugi, y los tres empiezan a cocinar y compartir comidas caseras. Lo que comienza como un arreglo improvisado se convierte en el eje de la serie, transformando platos cotidianos en momentos en los que Kouhei aprende nuevas maneras de cuidar de su hija, Tsumugi descubre la alegría de la comida y Kotori encuentra un lugar donde no tiene que comer sola. La historia construye su drama en torno a las rutinas familiares, la cocina y la calidez de las comidas en casa.