Tokiko Mima, określana mianem „Key”, to 17-letnia dziewczyna, która mimo swojego ludzkiego wyglądu, jest robotem. Kiedy jej dziadek, Dr. Murao Mima odchodzi na tamten świat, pozostawia Key wiadomość, że może stać się prawdziwą dziewczyną – jeśli zdobędzie trzydzieści tysięcy przyjaciół. Aby to osiągnąć, Key przeprowadza się z cichej doliny Mamio do tętniącej życiem Tokio, gdzie spotyka swoją koleżankę z dzieciństwa, Sakurę Kuriyagawę. Key zostaje zafascynowana piosenkarką Mihą Utsuse i zastanawia się, czy rozwijając karierę muzyczną, zdobędzie wymaganą ilość przyjaciół. Międzyczasem, niewiadoma z przeszłości zaczyna zagrażać jej misji.