《3D彼女》讲述改编自那波麻吕同名漫画。光是一位高三宅男，享受着游戏和动画这些自己的御宅兴趣，但是曾经在初中光的这些私人御宅兴趣，被一位女同学拿出来在大家面前嘲笑，也让他有了一点心理阴影。 而由于一次老师安排的清扫泳池的工作，作为御宅族的光与现充美女色叶产生了交集。 在光与自己的御宅朋友被曾经的同学发现后又要被嘲笑时，色叶出现嘲笑对方是丑女替光和他的朋友出头，而且称赞光的御宅朋友很可爱。 而光也在清扫的时候无意中看到了色叶卷入了感情纠纷，光鼓起勇气出手帮助色叶，结果被对方臭揍一顿，对着受伤的光，色叶突然告白让光不知所措。 面对色叶轻浮式的告白光反而不知如何是好，开始注意色叶的一举一动宛如跟踪狂，但也帮助色叶解开了偷窃的误会，光是发现自己真的喜欢色叶，于是二人再度互相告白交往，告了白接了吻，色叶同学又爆出个大料自己半年后就要转学了。