Токіко Міма, відома як "Кі", — 17-річна дівчина, яка живе в японській глибинці і, незважаючи на свою людську зовнішність, є роботом. Коли дідусь Кі, доктор Мурао Міма, помирає, він залишає їй прощальне послання, в якому говорить, що вона може стати справжньою дівчиною, якщо зможе завести тридцять тисяч друзів. Тож Кі переїжджає з тихої долини Мамійо до жвавих вулиць Токіо, де незабаром зустрічає свою подругу дитинства Сакуру Куріягава.

Кі швидко закохується в ідол-співачку Міхо Уцусе і замислюється, чи дозволить їй стати співачкою завести необхідну кількість друзів, щоб стати людиною. Але у Міхо є похмурий секрет: вона пов'язана з Джінсаку Аджо, давнім суперником доктора Міми, який намагається зробити новий прорив у робототехнічній зброї. Поки Кі намагається стати справжньою дівчиною, Аджо реалізує небезпечний план, і виявляється, що в Кі є набагато більше, ніж здається на перший погляд.