Ayumi Yoshida ist eine junge Schülerin der Teitan-Grundschule, wo sie eine Klassenkameradin von Conan Edogawa, Genta Kojima und Mitsuhiko Tsuburaya ist. Sie ist etwa sechs bis sieben Jahre alt und lebt mit ihrer Mutter in einer großen Wohnung. Ayumi freundet sich zuerst mit Conan an, als er in ihre Klasse kommt, und sie ist maßgeblich daran beteiligt, ihn zu überzeugen, sich ihr und ihren Freunden bei der Untersuchung eines angeblich verwunschenen Herrenhauses anzuschließen. Die erfolgreiche Lösung dieses Falls, gefolgt von einem Abenteuer bei der Jagd nach gestohlenem Gold, bei dem Conan die Gruppe rettet, führt dazu, dass Ayumi, Genta und Mitsuhiko offiziell den Kern einer Amateurdetektivgruppe namens „Detective Boys“ bilden, wobei Ayumi das einzige weibliche Mitglied ist, bis Ai Haibara später zu ihnen stößt.

Was die Persönlichkeit betrifft, wird Ayumi als ein hauptsächlich naives und unschuldiges kleines Mädchen dargestellt, das einen starken Abenteuersinn besitzt und als fröhlicher Geist ihrer Gruppe agiert. Im Laufe der Serie zeigt sie wachsenden Mut und ist bekannt dafür, freundlich, mitfühlend und sozial proaktiv zu sein. Oft ist sie die Erste, die auf neue Klassenkameraden wie Ai Haibara zugeht und sich mit ihnen anfreundet. Ihre Neugier ist eine treibende Kraft für viele Ermittlungen der Detective Boys, da sie stets begierig darauf ist, Geheimnisse zu erforschen. Ayumi hat auch eine sensible Seite, besonders was die Gefühle und Beziehungen der Menschen um sie herum betrifft, und sie zeigt während der Fälle ein überraschendes Maß an Einsicht, indem sie gelegentlich einfache, aber entscheidende Beobachtungen macht, die helfen, eine Untersuchung voranzubringen. Zum Beispiel hat sich ihre Fähigkeit, kleine, ungewöhnliche Details im Aussehen einer Person zu bemerken oder kreativ über einen Code nachzudenken, bei mehreren Gelegenheiten als wertvoll erwiesen.

Ayumis Hauptmotivation ist ihr Wunsch nach Abenteuer und ein hilfreiches Mitglied der Detective Boys zu sein. Sie hofft oft, gemeinsam mit ihren Freunden Rätsel zu lösen. Ein bedeutender Teil ihres persönlichen Antriebs ist ihre tiefe Zuneigung zu Conan Edogawa. Sie hat eine sehr offene und ernsthafte Schwärmerei für ihn und träumt sogar davon, ihn eines Tages zu heiraten, was Conan selbst ziemlich unangenehm findet. Während sie nicht bemerkt, dass sowohl Genta als auch Mitsuhiko ebenfalls in sie verknallt sind, bemerkt sie oft Conans Interaktionen mit Ai Haibara und hat sich insgeheim gefragt, ob er stattdessen Gefühle für sie haben könnte, angesichts dessen, wie oft er versucht, Ai zu beschützen und privat mit ihr zu sprechen. Trotz anfänglicher Eifersucht bemüht sich Ayumi, eine enge Freundin von Haibara zu werden, und ihre beharrliche Freundlichkeit zahlt sich schließlich aus, als Haibara Ayumi das besondere Privileg gewährt, sie mit dem informelleren und liebevolleren Namen „Ai-chan“ zu nennen. Diese Freundschaft vertieft sich im Laufe der Zeit, und Haibara beginnt, Ayumi als eine Art kleine Schwester zu betrachten.

Ayumis Rolle in der Geschichte ist in erster Linie die eines Kernmitglieds der Detective Boys, was sie in den Mittelpunkt vieler Fälle stellt, die die Gruppe gemeinsam untersucht. Durch diese Abenteuer zeigt ihre Figur eine subtile Entwicklung. Während sie zunächst ein sehr naives Kind ist, stärkt ihre wiederholte Konfrontation mit gefährlichen kriminellen Situationen, aus denen sie oft von Conan gerettet wird, allmählich ihre Widerstandsfähigkeit und ihren Mut. Sie lernt, aufmerksamer zu sein und aktiver zur Lösung von Rätseln beizutragen, und entwickelt sich von der bloßen „Herz“ des Teams hin zu einer, die gelegentlich die entscheidende Erkenntnis liefert, die zu einem Durchbruch führt. Ihr emotionales Wachstum zeigt sich auch in ihrer reifenden Freundschaft mit Ai Haibara, die sich von einem einseitigen Bemühen, eine distanzierte Klassenkameradin zu befreunden, zu einer echten, gegenseitigen Bindung des Vertrauens und der Fürsorge entwickelt. Zu Ayumis bemerkenswerten Fähigkeiten gehören ihr scharfes Auge für Details und ihr Talent, einfache, aber genaue Beobachtungen zu machen, die andere übersehen könnten. Sie ist auch dafür bekannt, eine talentierte Klavierspielerin zu sein und hat eine große Vorliebe für Popkultur-Ikonen wie den Superhelden Kamen Rider und das Monster Gomera. Ihre offene und fürsorgliche Art ist ihre größte Stärke, die es ihr ermöglicht, mit anderen in Kontakt zu treten und Loyalität bei ihren Freunden zu wecken.