ある日、明瀬真昼（あかせまひる）がいつものように登校すると、自身の下駄箱に白の洋型封筒が入れられていた。 『明瀬真昼くんへ。あなたのことが好きです。5月15日の放課後までに、あなたからの告白を待っています』 　それには真昼に向けて愛の告白が綴られていながらも、どこにも差出人の名前が書かれていない〝匿名のラブレター〟だった。 　真昼の脳裏で一つの推理が浮上するが、それは自身の恋心が先走っただけの妄想に過ぎない。その思考が正しいのか拠り所を得るため、学園の謎を解決することを目的とした部活──ディテクティ部の発起人である人気ミステリー作家で自称名探偵の神子上白愛（みこがみはくあ）に依頼することに。 　自身のことを名探偵と豪語する神子上の推理が進んでいき、差出人の候補として挙がったのは、幼馴染の逢乃暦（あいのこよみ）と、同じ図書委員で交流のある早咲利音（はやさきりね）だった。しかし、二人とも差出人としての怪しい点はなく、加えて真昼は人付き合いが極端に悪い為、他の候補も見いだせず謎は深まるばかり。 　真昼は神子上とともに推理をし、お互いの意見をぶつけ合いながら匿名のラブレターの差出人に迫っていく────