Действие "Перевернутой Патемы" происходит в далеком будущем. В 2067 году произошел несчастный случай, в результате которого гравитация Земли изменилась на противоположную, и люди стали буквально вылетать с планеты, что привело к гибели людей и перестройке общества. Одно из таких обществ находится под землей, и в нем живет любопытная девочка-подросток по имени Патема, которая открывает для себя другой мир, несмотря на то, что ей запретили это делать. Попав на поверхность, она автоматически становится вверх ногами. С другой стороны - общество под названием Айга, которое находится на поверхности, где царят железные законы и правит диктатор Изамура. Подросток по имени Аге (или Эйдзи, если хотите) обнаруживает Патему, которая считается изгоем в этом обществе, потому что она "инверт", то есть человек, чья гравитация перевернута по сравнению с теми, кто живет в Айге. Между ними завязывается дружба, и они учатся выживать, несмотря на то, что за ними охотятся силы Изамуры.