"Carole & Tuesday" spielt in einer futuristischen Version des Mars, in der die Gesellschaft stark von künstlicher Intelligenz und Technologie geprägt ist. Die Handlung dreht sich um zwei junge Frauen, Carole Stanley und Tuesday Simmons, die durch ihre gemeinsame Liebe zur Musik zueinanderfinden. Carole, ein Waisenkind, das in den Straßen der Stadt Alba City lebt und sich mit Gelegenheitsjobs über Wasser hält, trifft zufällig auf Tuesday, die aus einer wohlhabenden Familie stammt und vor ihrem privilegierten Leben geflohen ist, um ihren musikalischen Träumen nachzugehen.

Die beiden beschließen, gemeinsam Musik zu machen, und gründen ein Duo. Obwohl sie aus völlig unterschiedlichen Welten stammen, verbindet sie ihre Leidenschaft für das Schreiben und Performen von Liedern. Ihr Ziel ist es, in der von KI-dominierten Musikindustrie Fuß zu fassen, in der menschliche Künstler zunehmend an Bedeutung verlieren. Auf ihrem Weg begegnen sie verschiedenen Herausforderungen, darunter die Ablehnung durch die Industrie, persönliche Konflikte und die Suche nach ihrer eigenen künstlerischen Identität.

Im Laufe der Serie nehmen Carole und Tuesday an einem Musikwettbewerb namens "Mars' Brightest" teil, der ihnen die Möglichkeit bietet, einem breiteren Publikum bekannt zu werden. Dabei treffen sie auf andere Musiker, Produzenten und Manager, die ihre Karriere sowohl fördern als auch behindern können. Neben ihrer musikalischen Reise werden auch gesellschaftliche Themen wie die Rolle der Technologie, die Bedeutung menschlicher Kreativität und die Herausforderungen des Erwachsenwerdens thematisiert.

Die Charaktere sind vielschichtig und entwickeln sich im Laufe der Serie weiter. Carole ist pragmatisch und bodenständig, während Tuesday eher träumerisch und idealistisch ist. Ihre unterschiedlichen Persönlichkeiten ergänzen sich und bilden die Grundlage für ihre kreative Zusammenarbeit. Neben den beiden Protagonistinnen spielen auch Nebenfiguren wie Angela, eine Konkurrentin, die von ihrer ehrgeizigen Mutter gemanagt wird, und Gus, ein ehemaliger Musikmanager, der Carole und Tuesday unterstützt, eine wichtige Rolle in der Handlung.

Die Serie verbindet eine emotionale, charaktergetriebene Erzählung mit einer kritischen Auseinandersetzung mit der Rolle von Technologie und Kunst in der Gesellschaft. Die Musik, die von verschiedenen Künstlern komponiert und gesungen wird, ist ein zentrales Element der Serie und trägt maßgeblich zur Atmosphäre und zum Fortschritt der Handlung bei.