Sinopse
Hikari Tsutsui encontra conforto no mundo bidimensional, onde as interações sociais parecem muito mais simples. Prejudicado por sua estranheza e falta de habilidades sociais, ele se perde em videogames e animes, apenas para sofrer constantes zombarias e exclusão de seus colegas de classe. Seu único companheiro próximo é Yuuto Itou, um amigo que também usa orelhas de gato e compartilha sua profunda obsessão por jogos. Enquanto cumpre detenção por limpar a piscina, Hikari conhece Iroha Igarashi. Apesar de sua reputação temível, ele tenta se manter longe dela, acreditando que se envolver com ela só trará problemas. Iroha é conhecida por sua honestidade contundente, sua impopularidade entre as alunas e seu histórico de brincar com garotos. 3D Kanojo: Real Girl acompanha a história desses dois desajustados, focando em um garoto aprendendo a lidar com seus novos sentimentos e uma garota determinada a tirá-lo de sua zona de conforto.