Hideki Motosuwa est un jeune étudiant qui vient de la campagne et qui monte à Tokyo pour préparer son examen d'entrée à l'université pour laquelle il a été recalé. Un soir, il trouve dans une poubelle un Persocon, une sorte d'ordinateur personnel qui a une allure parfaitement humaine. En l'occurrence, il s'agit d'un persocon avec le physique d'une très jolie jeune fille, sans aucun programme d'installé, donc complètement vierge (attention jeu de mot). Hideki va donc apprendre à Chii (c'est le nom du persocon : le premier mot qu'elle parvient à prononcer naturellement suite à son activation) progressivement à se comporter comme un humain... Jusqu'où cette relation va-t-elle aller ?
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