Tokiko Mima, Spitzname "Key", ist ein 17-jähriges Mädchen, das in ländlicher Japan lebt und obwohl sie menschlich aussieht, eine Roboterin ist. Als Keys Großvater, Dr. Murao Mima, stirbt, hinterlässt er ihr eine sterbende Botschaft, die ihr sagt, dass sie zu einer echten Frau werden kann, wenn sie dreißendausend Freunde findet. Daher zieht Key aus dem ruhigen Mamio-Tal in die geschäftigen Straßen Tokyos, wo sie bald ihre Kindheitsfreundin Sakura Kuriyagawa trifft. Key verliebt sich schnell in die Idol-Sängerin Miho Utsuse und fragt sich, ob das Singen ihr helfen wird, die benötigte Anzahl Freunde zu finden, um menschlich zu werden. Doch Miho trägt ein unheilvolles Geheimnis in sich: Sie ist mit Jinsaku Ajou verbunden, einem alten Rivalen von Dr. Mima, der versucht, eine Durchbruch in der Entwicklung von Roboterkriegswaffen zu erzielen. Während Key versucht, eine echte Frau zu werden, setzt Ajou einen gefährlichen Plan in die Tat um, und es stellt sich heraus, dass Key mehr ist, als man auf den ersten Blick sieht.
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