Kyosuke Kosaka, un normale studente delle superiori di 17 anni che vive a Chiba, non si è mai trovato d'accordo con sua sorella minore Kirino da anni. Per più tempo di quanto possa ricordare, Kirino ha ignorato i suoi movimenti e lo ha guardato con occhi sprezzanti. Sembrava che il rapporto tra Kyosuke e sua sorella, ora quattordicenne, sarebbe continuato così per sempre. Un giorno però, Kyosuke trova una custodia di DVD di un anime di ragazze magiche caduta all'ingresso di casa sua. Per sua sorpresa, scopre un eroge nascosto all'interno della custodia e presto scopre che sia il DVD che il gioco appartengono a Kirino. Quella notte, Kirino porta Kyosuke nella sua stanza e si rivela essere un'otaku con una vasta collezione di anime moe e eroge a tema sorella minore che ha collezionato segretamente. Kyosuke diventa rapidamente il confidente di Kirino per il suo hobby segreto. La serie segue poi gli sforzi di Kyosuke per aiutare sua sorella a conciliare la sua vita personale con i suoi hobby segreti, ripristinando il loro rapporto spezzato e venendo a patti con i loro veri sentimenti l'uno per l'altro.