Хикари Цуцуи — типичный отаку, который избегает общения с реальными людьми, предпочитая общаться с такими же, как он, в Интернете. Вместе с единственным другом, Юто Ито, под стать товарищу замкнутым поклонником аниме, Хикари подвергается издевательствам со стороны сверстников.

Одним днём Хикари заставляют мыть бассейн на пару с Ирохой Игараси [五十嵐 色葉], в которой удивительным образом сочетается всё то, что наш герой ненавидит в реальных девушках: прогульщица, общается исключительно с парнями и не блещет никакими манерами. При этом сама Ироха совсем не равнодушна к Хикари. Она приходит на помощь, когда тот попадает в неприятности. Ей даже плевать, что парень про неё наговаривает.

Проходит время, и Хикари начинает казаться, что у него может появиться шанс завести романтические отношения с реальной девушкой. Но сможет ли он их сохранить?

For Hikari Tsutsui, life within the two-dimensional realm is much simpler. Socially inept and awkward, he immerses himself in video games and anime, only to be relentlessly ridiculed and ostracized by his classmates. Sharing his misery is Yuuto Itou, his only friend, who wears cat ears and is equally obsessed with the world of games.

After being forced to clean the pool as punishment for arriving late, Tsutsui meets Iroha Igarashi, but he attempts to steer clear of her, as her notoriety precedes her. Brazenly blunt, loathed by female classmates, and infamous for messing around with boys, Tsutsui believes that getting involved with her would cause nothing but problems.

3D Kanojo: Real Girl is a story revolving around these two outcasts—a boy full of emotions he has never experienced before, struggling to lay them bare, and a girl who strives to break him out of his shell.

[Written by MAL Rewrite]