Kirino Kousaka é a personificação da aluna perfeita, com uma aparência igualmente encantadora. Suas notas são quase impecáveis, e para cobrir suas despesas pessoais, ela trabalha como modelo profissional ao lado de sua melhor amiga, Ayase Aragaki, que detesta mentiras e tudo relacionado ao mundo otaku. No entanto, o que Ayase não sabe é que Kirino guarda um segredo profundo e enraizado, prestes a ser revelado. Um dia, em casa, Kyousuke, o irmão mediano de Kirino, encontra por acaso um jogo erótico que pertence a ninguém menos que sua aparentemente impecável irmãzinha. Com sua reputação em risco, Kirino obriga o irmão a guardar segredo, ao mesmo tempo em que o introduz ao mundo dos eroges e dos animes. Por meio de Kirino, Kyousuke conhece a gótica lolita Ruri Gokou e a otaku de óculos Saori Makishima, iniciando assim um estilo de vida completamente novo. Mas, à medida que ele se envolve cada vez mais com a vida secreta da irmã, torna-se cada vez mais difícil manter tudo em segredo.