Sinopsis
Hikari Tsutsui se siente cómodo en el mundo bidimensional, donde las interacciones sociales son mucho más sencillas. Lastrado por su torpeza y falta de habilidades sociales, se pierde en videojuegos y anime, solo para acabar soportando constantes burlas y exclusión por parte de sus compañeros. Su único compañero cercano es Yuuto Itou, un amigo que también lleva orejas de gato y comparte su profunda obsesión por los videojuegos. Mientras cumple un castigo limpiando la piscina, Hikari conoce a Iroha Igarashi. A pesar de su temible reputación, él intenta mantenerse alejado de ella, creyendo que involucrarse con ella solo le traerá problemas. Iroha es conocida por su franqueza sin tapujos, su impopularidad entre las estudiantes y su historial de jugar con los chicos. 3D Kanojo: Real Girl sigue la historia de estos dos inadaptados, centrándose en un chico que aprende a manejar sus nuevos sentimientos y una chica decidida a sacarlo de su zona de confort.