Bạn Gái AI xoay quanh câu chuyện của Chu Đào, một chàng trai trẻ mắc bệnh tim bẩm sinh và có thái độ tiêu cực đối với tương lai. Anh luôn tự hỏi liệu có người nào quan trọng hơn mạng sống của mình hay không và liệu người đó có ở bên cạnh mình không.
Một ngày nọ, Chu Đào vô tình kích hoạt robot số D đến từ tương lai trong cửa hàng quần áo của anh họ. Không thể thoát khỏi “sản phẩm cao cấp” này, Chu Đào bất lực dẫn dắt số D hòa nhập với thế giới. Dần dần, thái độ tiêu cực của Chu Đào thay đổi, từ muốn “hủy diệt thế giới” trở nên tích cực hơn.
Sự tồn tại của số D mang lại những tác động khác nhau cho những người xung quanh Chu Đào. Câu chuyện của anh và robot số D mở ra một viễn cảnh về tình cảm, khoa học và hành động, khi họ cùng nhau khám phá thế giới và ý nghĩa của cuộc sống.