Azuha Hoshino ist eine 19-jährige Universitätsstudentin, die als eine der wichtigsten Nebenfiguren der Serie dient. Sie wohnt im vierten Stock desselben Gebäudes, in dem sich die Nagumo-Detektei befindet, und hat diesen Raum in ein chaotisches, aber funktionales Labor verwandelt. Azuha bezeichnet sich selbst als Wissenschaftsagentin und selbsternannte Erfindungskönigin von Shinjuku – Titel, mit denen sie sich stolz anderen vorstellt.

Was ihr Aussehen betrifft, ist Azuha eine junge Frau mit einem auffälligen und einprägsamen Erscheinungsbild. Sie hat langes, leuchtend rotes Haar, das bis zur Taille reicht und das sie fast immer zu einem hohen Pferdeschwanz gebunden trägt. Ihr markantestes Merkmal sind ihre Augen mit ungewöhnlichen spiralförmigen Iris, ein von ihrem Vater geerbtes Merkmal, das sofort ihre exzentrische Natur verrät. Sie hat eine auffällige Figur, die gelegentlich zum Gegenstand komödiantischer Bemerkungen in der Geschichte wird. Ihre typische Kleidung besteht aus einem dunklen Hemd und einem passenden Rock, oft kombiniert mit einer Krawatte und einem stets präsenten weißen Laborkittel, was ihre visuelle Identität als Erfinderin untermauert.

Azuhas Persönlichkeit ist geprägt von einer starken Mischung aus genialer Kreativität, tiefer Exzentrik und einer lässigen, fast trägen Art. Ihre Weltanschauung ist völlig einzigartig, was dazu führt, dass sie alltägliche Dinge in bizarren, wörtlichen Begriffen beschreibt. Sie bezeichnet die Oberschul-Protagonistin Mashiro Nakanishi oft als frische Oberschülerin und nennt Rindfleisch tote Kuh. Ihre Sprache ist durchsetzt mit solch unkonventionellen Formulierungen, was ihre Interaktionen mit anderen stets unberechenbar macht. Trotz ihrer hohen Intelligenz ist sie extrem faul und unorganisiert. Ihr Zimmer ist berüchtigt dafür, mit Müllsäcken voller Papier überhäuft zu sein, was ihrer Meinung nach ein kontrolliertes wissenschaftliches Chaos darstellt, auch wenn sie darauf besteht, dass es nicht schmutzig sei. Sie bevorzugt es, Lebensmittel und Vorräte direkt an ihre Tür liefern zu lassen, um Besorgungen zu vermeiden. Doch unter dieser faulen Fassade ist sie eine pragmatische und direkte Person, die trotz ihrer seltsamen Logik keine Angst hat, ihre Meinung zu sagen oder echte Überraschung und Verärgerung zu zeigen, besonders als Reaktion auf Mashiros Handlungen.

Azuhas Hauptmotivation ist ihre Leidenschaft für Erfindungen, ein Talent, das sie von ihrer mysteriösen Mutter Kaguya Hoshino geerbt hat. Sie widmet den Großteil ihrer Zeit der Entwicklung eines stetigen Stroms revolutionärer Gadgets und Geräte. Ihre Erfindungen sind stets brillant darauf ausgelegt, einen bestimmten, nützlichen Zweck für die Detektivarbeit zu erfüllen, aber sie werden ebenso zuverlässig von katastrophalen oder lächerlichen Nebenwirkungen heimgesucht. Zum Beispiel hat sie Heftpflaster entwickelt, die den Träger zwingen, laut seine bevorzugte Körperstelle des anderen Geschlechts zu verkünden, Vitamine, die jeden unter fünfzig Jahren in ein kaltblütiges Tier verwandeln, und Schuhe, die explodieren, wenn man damit tritt. Diese fehlerhaften Kreationen sind eine zentrale Quelle sowohl für Konflikte als auch für Komik in der Erzählung. Ihre tiefere Motivation ist mit ihrem Familienerbe verbunden; ihre Mutter ist eine noch rätselhaftere und exzentrischere Erfinderin, und die Wahrheit über ihren Vater, der angeblich kurz nach ihrer Geburt verschwand oder starb, bleibt ein mit der größeren Geschichte verbundenes Geheimnis.

Azuhas Rolle in der Geschichte ist die einer entscheidenden, wenn auch unberechenbaren Verbündeten des Hauptdetektivteams. Sie debütiert in der vierzehnten Episode während eines Falls mit dem Titel Mashiro und der Sternenagent und wird schnell zu einer wiederkehrenden Figur. Die Protagonisten wenden sich häufig an sie, um wissenschaftliche Unterstützung zu erhalten, und obwohl ihre Gadgets die Situation immer verkomplizieren, liefern sie oft den chaotischen Schlüssel zur Lösung des Falls. Ihre Rolle besteht weniger in direkten Ermittlungen als vielmehr darin, die Werkzeuge – so fehlerhaft sie auch sein mögen – bereitzustellen, die die Handlung in unerwartete Richtungen treiben.

Ihre wichtigsten Beziehungen drehen sich um die Hauptbesetzung. Sie teilt eine enge Freundschaft und Arbeitspartnerschaft mit Mashiro Nakanishi. Mashiro sucht oft ihre Erfindungen für Hilfe bei Ermittlungen auf, und die beiden verbringen auch persönliche Zeit miteinander, wie zum Beispiel beim Essen von gegrilltem Fleisch, das Azuha den Verzehr von toter Kuh nennt. Sie hat eine langjährige, aber anfangs entfernte Verbindung zu Keiichiro Nagumo, der ein alter Freund ihrer Mutter ist. Nach langer Zeit ohne Kontakt kommen sie während der Geschichte wieder zusammen, und ihre Interaktionen beinhalten oft, dass sie medizinische Vorräte bereitstellt oder seine Verletzungen behandelt. Sie freundet sich mit Hana Kazamaki an, nachdem sie mit Mashiro einen Mädelsabend verbracht hat; während Hana zunächst vorsichtig gegenüber Azuhas Seltsamkeit ist, entwickeln sie schließlich eine entspannte und freundschaftliche Beziehung. Die bedeutendsten, aber weniger sichtbaren Beziehungen sind die zu ihrer Familie: ihrer Mutter Kaguya, deren Talente sie geerbt hat und die mit dem zentralen Mysterium der Serie, dem sogenannten Hamelin-Vorfall, verbunden ist, und ihrem verstorbenen Vater, von dem sie ihr rotes Haar und die Spiralenaugen hat.

Im Laufe der Serie zeigt Azuha nur minimale traditionelle Charakterentwicklung, da ihre Kerneigenschaften konstant bleiben. Allerdings werden ihre Hintergrundgeschichte und Familiengeheimnisse nach und nach im Verlauf der langlaufenden Serialisierung enthüllt, was ihren Motivationen Tiefe verleiht und die Quelle ihrer ungewöhnlichen Talente erklärt. Ihr Wachstum besteht weniger darin, sich selbst zu verändern, sondern vielmehr darin, dass das Publikum und andere Figuren die Geheimnisse ihrer Vergangenheit aufdecken.

Azuhas bemerkenswerte Fähigkeiten liegen fast ausschließlich in ihrem erfinderischen Genie. Sie hat ein bemerkenswertes Talent für Ingenieurwesen und Wissenschaft, das es ihr ermöglicht, äußerst ausgeklügelte Geräte zu bauen. Auch ihre Anpassungsfähigkeit ist bemerkenswert; sie bleibt in den meisten Situationen ruhig und unerschütterlich und reagiert auf die katastrophalen Ergebnisse ihrer eigenen Erfindungen eher mit brillanter Improvisation oder ironischer Belustigung als mit Panik. Ihr unkonventioneller Verstand erlaubt es ihr, Probleme aus Blickwinkeln anzugehen, die niemand sonst in Betracht ziehen würde, was sie zu einer unschätzbaren, wenn auch gefährlichen Bereicherung macht.