El joven doctor Yasuoto regresa a su pueblo después de estudiar en Nagasaki, pero, en cuanto llega, sufre una gran desilusión: en lugar de ser nombrado médico del shogun lo envían a una clínica que cuenta con muy pocos recursos y está dirigida por un médico apodado "Barbarroja".

Un hombre triste y preocupado, Reikichi Mayumi (Masayuki Mori), encuentra un nuevo trabajo cinco años después del final de la Segunda Guerra Mundial. Él escribirá cartas de amor de otras personas. Sus ideas sobre el amor y sus principios personales serán probados cuando se reencuentra con su ex novia, Michiko (Yoshigo Kuga), una mujer con un pasado oscuro marcado por la guerra.

La lluvia negra la constituyen las particulas radiactivas procedentes de la explosión de las bombas que Estados Unidos lanzó sobre Hiroshima y Nagasaki. Basada en una famosa novela de Masuji Ibuse sobre la devastación causada por la bomba atómica, "Lluvia negra" relata las consecuencias de la explosión atómica en Hiroshima. La película se centra en la historia de una joven, Yasuko, que se vio sorprendida por esta lluvia radioactiva que cayó en los alrededores de la tristemente célebre ciudad. Las posibles consecuencias de su contacto con la radiación han dado lugar a un sinfín de habladurías entre los pretendientes de la joven: ¿estará enferma?, ¿podrá tener hijos? Su familia rememora aquellos días aciagos, tratando de conjurar el peligro que la acecha.