Nano Shinonome ist ein humanoider Android, der vom achtjährigen Professor Hakase erschaffen wurde. Sie lebt zusammen mit Hakase und ihrer sprechenden Katze Sakamoto im Shinonome-Labor und übernimmt Haushaltsaufgaben wie Kochen, Putzen und Einkaufen. Obwohl sie chronologisch erst etwa ein bis zwei Jahre alt ist, ähneln ihre körperliche Erscheinung und kognitiven Fähigkeiten denen eines durchschnittlichen Teenagers. Ihr Design zeichnet sich durch schwarzes, bobartiges Haar, schwarze Augen und einen auffälligen Schlüssel aus, der aus ihrem Rücken ragt. Hakase bestand auf diesem Schlüssel wegen seiner vermeintlichen Niedlichkeit, während Nano ihn zunächst als unpraktisches Merkmal ihrer künstlichen Natur empfand. Ihre Kleidung variiert: ein leuchtend roter Pullover mit blauer Hose für den Alltag, ein lavendelfarbenes T-Shirt mit einem hellblauen Kleid und Holzlatschen für Hausarbeiten oder eine maßgeschneiderte Schuluniform, die Platz für den Schlüssel auf ihrem Rücken lässt. Zum Schlafen trägt sie grüne oder pinke Pyjamas. Nanos Persönlichkeit vereint mütterliche Fürsorge mit jugendlichen Unsicherheiten. Sie fühlt sich stark für Hakase verantwortlich, handelt oft elternhaft, indem sie Süßigkeiten einschränkt oder vor Unfug warnt. Gleichzeitig sehnt sie sich danach, als normales Mädchen wahrgenommen zu werden, was zu Ängsten führt, dass Klassenkameraden ihre roboterhafte Identität entdecken. Ihre Naivität gegenüber gesellschaftlichen Normen führt manchmal dazu, dass sie banale Situationen als Bedrohung für ihre Normalität missinterpretiert. Ihr innerer Konflikt treibt ihre Entwicklung voran. Anfangs verbirgt sie roboterhafte Eigenschaften durch unbeholfene Ausreden oder Panik, wenn sich Gliedmaßen unerwartet lösen. Beziehungen an der Tokisadame High School, insbesondere mit den Freundinnen Yuuko, Mio und Mai, fördern ihre Selbstakzeptanz. Ein entscheidender Moment ist, als Yuuko betont, dass „Nano einfach Nano ist“, was ihre Angst vor Ablehnung mildert. Am Ende der Serie behält sie freiwillig den Schlüssel auf ihrem Rücken, erkennt ihn als Teil ihrer Identität an und akzeptiert sowohl ihre künstliche Natur als auch ihre menschlichen Beziehungen. Hakase installiert häufig ohne Nanos Wissen versteckte Funktionen, die zu skurrilen, oft unpraktischen Fähigkeiten führen. Dazu gehören Spender für Rollkuchen (später Fischkuchen) in ihrem linken Arm, Süßigkeiten in ihrer Stirn, ein USB-Laufwerk in ihrem abnehmbaren großen Zeh, eine Armbanduhr auf ihrem rechten Arm, eine Kuckucksuhr auf der Stirn, ein Kopf-Toaster, eine Sojabohnen-Maschinenpistole, raketenbetriebene Hände, spontanes Ablösen von Gliedmaßen, Superkraft und Flugfähigkeit durch Fußraketen. Nano ist sich dieser Funktionen größtenteils nicht bewusst und erledigt Aufgaben meist auf menschliche Weise, sei es aus Unwissenheit oder ihrem Wunsch nach Normalität. Der Schlüssel auf ihrem Rücken hat kaum eine funktionale Bedeutung, doch manuelles Drehen schleudert ihren großen Zeh wie ein Projektil.