Otonashi perdeu a memória em um acidente e, assim, acha que sua vida não tem sentido. As coisas começam a mudar para ele à medida que a história avança. Ele é o principal protagonista masculino de Angel Beats!
No entanto, no episódio 9, é mostrado que ele sobreviveu ao acidente e começa a ajudar os outros sobreviventes tanto quanto pode com o conhecimento que ele ganhou de estudar medicina. Ele e os sobreviventes estão presos em um túnel escuro e é apenas após 7 dias que uma equipe de resgate chega. Alguns minutos antes de perder toda a esperança, Otonashi assina um papel para doar seus órgãos (e inspira os outros sobreviventes a fazer o mesmo).
Em "Another Epilogue", que é um final alternativo ao final original do anime, Otonashi é visto como tendo permanecido como o novo presidente dos estudantes. Ele enfrenta outra alma e o inspira a enfrentar seu passado. Embora o episódio seja ambíguo, é claro que Otonashi decidiu ficar para trás no Purgatório, enquanto todos já partiram, como ele afirmou em seu Diálogo final com Kanade.
No episódio 7, Naoi é convidado por Yuri para hipnotizar-lo para que ele possa recuperar suas memórias. Isso resulta bem sucedido revelando que ele tinha uma irmã mais nova muito doente que era sua única razão de vida. Após a morte dela, Otonashi decide se tornar um médico para curar outros que estão doentes como sua irmã e começa a estudar freneticamente. No caminho para fazer um exame, seu trem bate por causa de um terremoto.