Kirino Kousaka encarna a la estudiante ideal con un aspecto igualmente fascinante. Sus notas son casi perfectas, y para cubrir sus gastos personales, trabaja como modelo profesional junto a su mejor amiga Ayase Aragaki, que aborrece a los mentirosos y a todo lo otaku. Pero lo que Ayase no sabe es que Kirino alberga un profundo y arraigado secreto que pronto saldrá a la luz.

Un día, Kyousuke, el hermano perfectamente normal de Kirino, tropieza con un juego erótico que pertenece nada menos que a su aparentemente impecable hermana pequeña. Con su reputación en juego, Kirino impone una orden de mordaza a su hermano, al tiempo que lo introduce en el mundo del eroge y el anime. A través de Kirino, Kyousuke conoce a la lolita gótica Ruri Gokou y a la otaku con gafas Saori Makishima, iniciando así un estilo de vida completamente nuevo. Pero a medida que se involucra más y más en la vida secreta de su hermana pequeña, se hace mucho más difícil mantenerla en secreto.