O longa-metragem conta a história de uma atriz francesa que foi para Hiroshima, no Japão, para um filme de promoção sobre a paz após a Segunda-Guerra Mundial. Em Hiroshima, a francesa Emmanuelle Riva conheceu um arquiteto japonês, por quem ficou apaixonada. A afeição fez os dois se esquecerem, por um instante, das respectivas famílias. Porém, os vestígios da guerra espalhados por Hiroshima desafiaram sempre os nervos da atriz, fazendo-lhe lembrar das imagens sangrentas e uma história de amor que ela tinha mantido com um soldado alemão.