“Mayonaka Heart Tune” xoay quanh cuộc đời của Yamabuki Arisu, một nam sinh năm hai tại Trường Trung học Fūrin. Cậu dành nhiều thời gian để nghe và trò chuyện với chương trình phát thanh trực tuyến “Mayonaka Heart Tune”, phát sóng vào ban đêm do một cô gái trẻ dẫn dưới biệt danh “Apollo”. Lắng nghe những câu chuyện và lời khuyên từ chương trình, Yamabuki dần cảm mến và nảy sinh tình cảm với người dẫn chương trình.
Khi chương trình ngừng phát sóng, Yamabuki quyết định tìm kiếm Apollo. Cậu bắt đầu chú ý đến giọng nói của các bạn nữ xung quanh, hy vọng tìm được người dẫn chương trình yêu thích của mình. Một ngày nọ, Yamabuki tình cờ nghe thấy một giọng nói quen thuộc trong khuôn viên trường và phát hiện ra rằng Apollo có thể đang tham gia câu lạc bộ phát thanh của Trường Fūrin.
Câu lạc bộ phát thanh gồm bốn nữ sinh cùng theo đuổi ước mơ làm việc trong lĩnh vực giọng nói. Mặc dù nhận được nhiều sự quan tâm từ học sinh trong trường, các thành viên câu lạc bộ vẫn gặp nhiều khó khăn khi thực hiện ước mơ của bản thân. Với tính cách tự tin, Yamabuki quyết định hỗ trợ cả bốn thành viên theo đuổi ước mơ, đồng thời tìm ra ai trong số họ là Apollo.
Trong hành trình hỗ trợ và tìm kiếm, Yamabuki không chỉ giúp các thành viên câu lạc bộ phát thanh vượt qua khó khăn mà còn khám phá ra tình cảm của bản thân dành cho Apollo. Cậu phải cân nhắc giữa việc giúp đỡ bạn bè và mong muốn tìm được người mà mình yêu thích.