I "Sputnik Sweetheart" møter vi en 24 år gammel lærer som har et nært vennskap med Sumire, en ung og drømmende kvinne, samt Miu, en mysterierik forretningskvinne med et mørkt og tungt hemmelighet som har fått håret hennes til å bli helt hvitt. Handlingen tar en dramatisk vending når Sumire forsvinner under en ferie med Miu på en vakker gresk øy. I denne søken etter venninnen reiser fortelleren til Europa, hvor han grubler over de komplekse følelsene og relasjonene som binder trioen sammen. Gjennom fortellingen avdekker han to korte historier skrevet av Sumire: den første uttrykker hennes dype lengsel etter Miu, mens den andre tar tak i Mius hemmelighet, som plager henne. Med en intensitet som er karakteristisk for Murakamis skriving, utforsker romanen temaer som kjærlighet, lengsel, og mysteriet som omgir våre indre liv.
