Fosfeno retrata el encuentro accidental entre Clara, una ejecutiva española, y Koji, un aspirante a escritor japonés, y como éste cambia el rumbo de sus vidas.

A sus 34 años, Clara se ha posicionado como ejecutiva de nivel medio en una pujante empresa que forma parte de un conglomerado internacional. Su jefa, acerada y segura de sí misma, la está tomando bajo su ala. Clara, sin embargo, parece reticente a seguir sus pasos.

Un día, Clara conoce a Koji cuando casualmente presencia como un joven le roba todas sus pertenencias junto al palacio real. Koji llevaba todo su equipaje encima, aprovechando al máximo sus últimas horas en Madrid para hacer una rápida visita turística antes de dirigirse al aeropuerto. Clara le ofrece su ayuda en la semana que Koji tiene que esperar para poder viajar de regreso a Japón. Juntos comparten esos días involucrándose torpemente en una investigación privada amateur que les lleva a adentrarse en el misterioso mundo de Radu, el ladrón. La obsesión de Clara y Koji por el enigmático Radu acaba arrastrándoles, tropiezo tras tropiezo, hacia un viaje de auto-descubrimiento.