Chobits sigue a Hideki Motosuwa, un joven del campo trabajador que intenta salir adelante en su día a día mientras estudia para los exámenes de ingreso a la universidad y trata de sobrevivir con un presupuesto ajustado en un mundo en el que los Persocoms, ordenadores personales con aspecto humano exacto, se han convertido en la última sensación. Una noche encuentra un Persocom abandonado y se la lleva a casa. Después de conseguir activarla, solo puede pronunciar una palabra, «Chii», y ese nombre se queda con ella. A diferencia de otros Persocoms, Chii no puede descargar información directamente en su disco duro, así que Hideki decide enseñarle el mundo a la antigua usanza mientras sigue preparándose para sus exámenes.
A medida que Hideki y sus amigos pasan más tiempo con Chii, empiezan a descubrir el misterio que rodea su origen y la leyenda urbana de los «Chobits», unas unidades especiales de las que se dice que poseen emociones humanas reales, pensamientos independientes y amor por sus dueños. La historia equilibra una comedia tranquila, un romance incómodo y una cuestión más profunda sobre el límite entre el sentimiento humano y el afecto programado. ¿Puede crecer de verdad una relación entre un Persocom y un humano, o Chii representa algo mucho más inusual?