私立圣樱学园里，最受欢迎的神秘教师夜神月，每到午夜就会在旧校舍开设一门“秘密授课”——课程内容并非书本知识，而是帮助选中的学生实现一个埋藏心底的“秘密愿望”。学生需要完成他交付的“心灵试炼”作为交换。女主星野葵为了改变自己被霸凌的境遇，鼓起勇气敲开了那扇午夜的门。
夜神月向星野葵坦白，自己其实是已故校长的执念所化，最后一课是教会她“自己成为自己的光”。话音刚落，他的身影在晨光中消散，旧校舍也变回了普通的废墟。
星野葵的试炼是进入一面镜子，直面内心恐惧的幻象。她在镜中看到了懦弱的自己，最终大声喊出“我不怕你”，打破了镜子，也打破了内心的枷锁。
一名体育生希望恢复因伤断送的运动生涯，夜神月让他用“未来十年的运动运”作为交换。体育生犹豫后放弃，他明白了比起过去的辉煌，未来的可能更重要。
星野葵在帮夜神月整理讲台时发现了一本旧册子，上面记录着所有上过课学生的名字和变化。她发现，每一个实现愿望的人都获得了真正的成长，没有一例例外。
夜神月带星野葵到天台看月亮，告诉她每一颗星星都是一个愿望。他指着最亮的一颗说：“那是你的，它从第一课起就在发光了。”星野葵第一次对这个神秘的老师产生了信任。
星野葵被同学反锁在仓库后，听闻了秘密授课的传说。深夜，她怀着忐忑的心情来到旧校舍，门轻轻打开，夜神月靠在窗边，月色勾勒出他的剪影：“你来了，我等你很久了。”