Ai Haibara ist das Pseudonym von Shiho Miyano, einer ehemaligen hochrangigen Wissenschaftlerin der geheimen kriminellen Organisation, bekannt als die Schwarze Organisation, unter der sie den Codenamen Sherry führte. Als Tochter von Wissenschaftlern, die für die Organisation arbeiteten, wurde sie in deren Reihen aufgezogen. Nachdem ihre Eltern bei einem verdächtigen Unfall ums Leben kamen, wurde die hochbegabte Shiho zur Ausbildung ins Ausland geschickt und kehrte als jugendliches Wunderkind nach Japan zurück, um die Forschung ihrer Eltern fortzusetzen. Im Alter von achtzehn Jahren entwickelte sie das experimentelle Gift APTX4869, ein für nicht nachweisbare Attentate konzipiertes Medikament, das selten auch die Nebenwirkung hat, das Opfer auf ein sehr junges Alter schrumpfen zu lassen. Als die Schwarze Organisation ihre ältere Schwester Akemi Miyano ermordete, stellte Shiho aus Protest ihre Forschung ein und wurde inhaftiert. In der Erwartung, getötet zu werden, schluckte sie eine Kapsel ihres eigenen APTX4869. Anstatt zu sterben, schrumpfte ihr Körper auf den eines kleinen Kindes, was ihr die Flucht ermöglichte. Sie brach in der Nähe des Hauses von Shinichi Kudo zusammen und wurde von Professor Hiroshi Agasa gefunden und aufgenommen, der ihr das Alias Ai Haibara gab, um ihre Identität zu verbergen. Sie schrieb sich an der Teitan-Grundschule ein und trat derselben Klasse bei wie Conan Edogawa – die geschrumpfte Form von Shinichi Kudo – und seinen Freunden, die sich die Detektivjungen nennen.

Haibara hat eine ruhige, kühle und oft zynische Art, mit einem scharfen, sarkastischen Witz, der mit ihrem kindlichen Erscheinungsbild kontrastiert. Sie spricht und handelt mit der Reife ihres wahren Alters, was sie unter Gleichaltrigen hervorstechen lässt. Diese abwehrende Fassade resultiert aus ihrer traumatischen Vergangenheit und der ständigen Angst, von der Schwarzen Organisation gejagt zu werden, insbesondere von den Agenten Gin und Vermouth. Unter dieser Fassade ist sie tief fürsorglich und beschützend, besonders gegenüber Tieren und den Freunden, die sie schätzen gelernt hat. Im Laufe der Zeit hat sie echte Bindungen zu Professor Agasa, Conan und den anderen Detektivjungen aufgebaut, die sie als ihre ersten wahren Freunde betrachtet. Sie hat auch versteckte, kindlichere Interessen, darunter eine Vorliebe für Modemarken wie Prada, eine Bewunderung für den Fußballspieler Ryusuke Higo und einen nostalgischen Geschmack für Erdnussbutter- und Blaubeermarmeladen-Sandwiches aus ihrer Zeit in den Vereinigten Staaten.

Haibaras Hauptmotivation ist es, ein friedliches Leben frei von der Schwarzen Organisation zu führen und gleichzeitig diejenigen zu schützen, die ihr am Herzen liegen. Sie arbeitet fleißig an der Entwicklung eines Gegenmittels für APTX4869 und nutzt ihr wissenschaftliches Wissen, um die Wirkung des Medikaments rückgängig zu machen. In der Geschichte dient sie als entscheidende Verbündete von Conan Edogawa, da sie eine der wenigen Personen ist, die seine wahre Identität kennt. Sie liefert wertvolle Informationen über die inneren Abläufe der Organisation, nutzt ihren Intellekt, um bei Ermittlungen zu helfen, und fungiert oft als Stimme der Vorsicht, die Conans rücksichtslose Impulse dämpft. Ihre wichtigsten Beziehungen umfassen ihre beschützerische Bindung zu Professor Agasa, ihre komplexe und vertrauensvolle Partnerschaft mit Conan, ihre beschützenden Freundschaften mit den Detektivjungen und ihre wachsende Zuneigung zu Ran Mouri, die sie an ihre verstorbene Schwester erinnert. Während ihrer Entwicklung macht Haibara einen bedeutenden Wandel durch, von einer fatalistischen und isolierten Flüchtigen zu einem offeneren und integrierten jungen Mädchen, das lernt, ihre zweite Chance im Leben zu ergreifen. Ihre bemerkenswerten Fähigkeiten umfassen geniales Wissen in Chemie, Pharmakologie und Medizin; scharfe deduktive Fähigkeiten; Computerkenntnisse; fließendes Englisch; und einen einzigartigen Instinkt, die Anwesenheit von Mitgliedern der Schwarzen Organisation zu spüren.