Kirino Kousaka paraît être la perfection incarnée : d'une grande beauté, excellentes notes scolaires et modèle professionnelle aux côtés de sa meilleure amie, Ayase Aragaki, une jeune femme qui déteste les mensonges et la culture otaku. Pourtant, Ayase ignore tout du secret que Kirino dissimule avec soin. Un jour, Kyousuke, son frère aîné tout à fait ordinaire, découvre un jeu érotique appartenant à sa sœur en apparence irréprochable. Pour préserver sa réputation, Kirino contraint Kyousuke au silence et l'initie aux mondes de l'anime et de l'eroge. Grâce à elle, il fait la rencontre de Ruri Gokou, vêtue d'une tenue lolita gothique, et de Saori Makishima, une otaku portant des lunettes, ce qui l'entraîne vers un nouveau style de vie. À mesure que Kyousuke s'implique davantage dans la double existence de sa sœur, il devient de plus en plus difficile de maintenir ce secret.