Действия сериала разворачиваются вокруг 12-летнего мальчика по имени Нандаба Наота. Его привычная жизнь была внезапно прервана появлением девушки по имени Харухара Харуко, которая при первой же встрече сбивает Наоту своим скутером, а чуть позже бьёт его по голове своей бас-гитарой. Но какого же было удивление мальчика, когда позднее он встречает Харуко у себя дома и узнаёт, что с этого дня она будет работать у него горничной.
С этой поры из головы Наоты начали в буквальном смысле вылезать огромные роботы компании Медикал Механика, что доставляет довольно-таки много проблем как «владельцу» головы, так и его новоиспечённой горничной. В это же время за мальчиком следит командующий Амарао, который предполагает, что компания Медикал Механика хочет завоевать галактику. Стечение обстоятельств приводит Наоту в центр трёхсторонней борьбы между Харуко, Амарао и Медикал Механика.
Главный герой истории Акихиса Ёшии учится в академии Фумидзуки, где применяется экспериментальная система обучения, при которой распределение учеников по классам происходит строго в результате тестов.
Однажды маленький мальчик по имени Соскэ спасает золотую рыбку, назвав её Поньо. Заботясь о ней, он в какой-то момент замечает, что это не простая рыбка: множество странных вещей происходит, когда она рядом.