「火星のクレーター再現実験」で学会の高校生セッション優秀賞、JAXAとの共同研究と快挙を遂げた新宿東高校定時制科学部。しかし6年後、顧問教師の藤竹は去り、科学部は消滅していた。私立の超進学校から転入してきた飯星佐那は、科学部を再興しようともくろみ、必死の勧誘活動を開始する。

勉強は苦手だが工作が得意な翔太、休学から復帰したばかりの理(おさむ)、中国からの留学生である宇辰(ユーチェン)など、ひとり、またひとりと仲間が集まり、科学部の活動が始まった。実験に熱中する佐那たちの姿に、来期に定時制から異動することを条件に顧問になった里仲も次第に心を動かされていく。

佐那たちの研究テーマは「ペットボトルロケット」。しかもただロケットを飛ばすだけではなく、そのエネルギーとして廃棄食材から作った糖燃料を使うというテーマで、全日本高校生サイエンスコンテストで優秀賞をとることを目指していた。このコンテストで優秀賞を受賞した部はアメリカで行われる世界最大級の科学コンテストに出場することができる。

困難を重ねながらも研究の目星がつき、コンテストでの入賞も見えてきたころ、アメリカでの科学コンテスト出場には、メンバー全員が20歳以下という年齢制限があることがわかる。理はリンパ腫という難病で高校入学が遅れ、その年齢制限に引っ掛かってしまう。定時制科学部を世界に送り出すため、理は研究から手を引き、代わりに当初から科学部に顔を出していたみちるが加入。さらに東新宿高校定時制の廃止方針があることもあきらかになり……、理やかつての科学部メンバー、さらに定時制OBたちの思いも背負って、新生・科学部はコンテストに出場する！