Câu chuyện xoay quanh cuộc sống của anh chàng Hideki Motosuwa, một anh chàng trượt đại học và đang học luyện thi tại Seki ở Tokyo. Vốn là một chàng trai thật thà và khiêm tốn lớn lên ở nông trang, anh có rất ít kinh nghiệm với phụ nữ. Bên cạnh một người bạn gái thì điều mà anh ta mong muốn đã lâu chính là có được một persocom. Persocom là từ chỉ chung những người máy mang hình dáng con người được sử dụng như thông thường như một loại máy tính cá nhân. Hideki sớm nhận thấy rằng persocom rất phổ biến trong thành phố và chúng có rất nhiều tiện ích, tuy nhiên persocom thực sự quá đắt trong khi Hideki thì chẳng có xu nào, anh ước gì nhặt được một persocom bên lề đường.

Không ngờ chẳng bao lâu sau đó, điều anh nghĩ đã xảy ra: trong khi đang trên đường từ tiệm thực phẩm về nhà, Hideki vấp phải một persocom có hình dạng một cô gái xinh đẹp với mái tóc dài màu vàng kim, người quấn băng dính trắng và nằm trên một đống rác. Ban đầu Hideki ngỡ rằng đó là một xác chết nhưng sau đó, anh nhận ra đó là một persocom. Tuy nhìn khá mảnh mai nhưng cô bé rất nặng và Hideki phải rất khó khăn mới đưa được cô bé về nhà mình Sau đó phải mất rất nhiều thời gian, Hideki mới biết cách khởi động cô bé, và khi tỉnh dậy, từ đầu tiên cô có thể nói là chii và vì thế, Hideki đặt cho cô bé cái tên là Chii (trong tiếng nhật có nghĩa là bé nhỏ).

Hideki tìm được một cuốn sách nói về persocom và làm theo những chỉ dẫn cơ bản để tìm xem Chii có được cài đặt dữ liệu hay không, tuy nhiên cuối cùng Hideki vẫn phải nhờ đến sự giúp đỡ của người bạn cùng lớp, Shinbo. Shinbo kết nối persocom xách tay của cậu ta, Plum với Chii nhằm kiểm tra dữ liệu của Chii, tuy nhiên họ không thể tim ra được những thông tin ở bên trong và Shinbo nghĩ rằng Chii chắc chắn phải là persocom tự làm, không theo dây chuyền sản xuất thông thường .

Shinbo đã giới thiệu với Hideki một người bạn quen trên mạng BBS (hệ thống bảng tin ), có tên là Minoru Kokubunji (nickname là M). Minoru đã sử dụng 4 persocom được sáng tạo là những người phục vụ và Yuzuki, một persocom được xây dựng trên hình ảnh người chị đã mất của cậu nhưng tất cả đều chịu thua trước hệ thống bảo mật của Chii . Điều này đã làm cho Minoru nhớ đến Chobits, một hệ thống persocom huyền thoại, có suy nghĩ độc lập theo chương trình và cảm xúc y hệt như con người. Dù vậy Minoru vẫn nhắc nhở Hideki rằng đó chỉ là chuyện ảo tưởng và hệ thống máy tính đó không thể nào tồn tại trong thực tế. Tuy không tìm thấy dữ liệu của Chii nhưng họ khám phá ra là khả năng tự học của Chii rất tốt. Minoru cũng hứa sẽ đưa thông tin về Chii lên mạng BBS và báo ngay cho Hideki nếu có tin gì đặc biệt.

Hideki bắt đầu dạy cho Chii cách gọi tên đồ vật và cách nói chuyện, ứng xử trong cuộc sống. Hibiya, người chủ nhà của Hideki cũng rất quan tâm đến cô bé và còn cho Chii quần áo -những thứ Hideki không đủ tiền mua cho Chii. Chii học thêm nhiều điều và bắt đầu có những suy nghĩ có chiều sâu. Chii đặc biệt thích đọc một cuốn truyện tranh Thị trấn không người, nói về một cô gái đi tìm người chỉ dành cho mình, và Chii cũng muốn tìm ra một người chỉ dành cho mình.