Hace dos años, el amigo de Mitsuki Kouyama, Eichi Sakurai, se mudó a Estados Unidos antes de que pudiera confesarle sus sentimientos. Aunque ella no puede contactarlo, se prometieron cumplir sus respectivos sueños: Mitsuki quiere convertirse en cantante profesional y Eichi en astrónomo. Ella espera que algún día su música le llegue a todo el mundo con un brillo como el de la luna llena. Solo hay un problema: Mitsuki sufre de cáncer de garganta, lo que hace que su voz sea baja y cante extenuante. Su abuela, que odia la música, insiste en que Mitsuki se someta a una cirugía para extirpar el cáncer, pero ella se niega debido al riesgo de perder la voz. Un día, dos shinigami, Meroko Yui y Takuto Kira, aparecen para decirle que solo le queda un año de vida. Esta repentina revelación hace que Mitsuki entre en acción y decide que, con la ayuda de Meroko y Takuto, se convertirá en cantante profesional en el tiempo que le queda. Full Moon wo Sagashite sigue la emotiva historia de Mitsuki y sus amigos shinigami a medida que descubren lo que significa cantar y, en última instancia, lo que significa vivir.