Tokiko Mima, znana pod pseudonimem „Key”, to 17-letnia dziewczyna mieszkająca na japońskiej wsi, która mimo ludzkiego wyglądu jest robotem. Gdy jej dziadek, dr Murao Mima, umiera, zostawia jej umierające słowo, mówiąc, że stanie się prawdziwą dziewczyną, jeśli uda jej się nawiązać przyjaźń z trzydziestu tysiącami osób. W związku z tym Key przenosi się z cichej doliny Mamio na tętniące życiem ulice Tokio, gdzie szybko spotyka swoją przyjaciółkę z dzieciństwa, Sakurę Kuriyagawę. Key szybko zakochuje się w piosencek idole Miho Utsuse i zastanawia się, czy zostanie piosenkarką pozwoli jej nawiązać tyle przyjaźni, ile potrzebuje, by stać się człowiekiem. Jednak Miho nosi w sobie złowrogą tajemnicę: jest powiązana z Jinsaku Ajou, starym rywalem dra Mimy, który próbuje dokonać nowego przełomu w dziedzinie robotycznej broni. Gdy Key dąży do tego, by stać się prawdziwą dziewczyną, Ajou wdraża niebezpieczny plan, a okazuje się, że Key kryje w sobie znacznie więcej, niż się wydaje.