„Nanako SOS” to historia młodej dziewczyny, Nanako, która niespodziewanie zdobywa nadprzyrodzone moce, tracąc jednocześnie swoją pamięć z przeszłości. Pewien naukowy geniusz o imieniu Marlow, przypadkowo jest świadkiem tego momentu. Marlow, ambitny licealista, namawia Nanako, aby dołączyła do jego agencji detektywistycznej obiecując pomoc w odzyskaniu pamięci. Niemalże niewinnie wierzy ona Marlowowi, nie zdając sobie sprawy z jego prawdziwych intencji. Opowieść rozwija się w miarę jak Nanako podejmuje różne niebezpieczne misje i tajemnicze wydarzenia, a jej naturalnie pogodne usposobienie pomaga jej w rozwiązaniu kolejnych zagadek.