"Ai-Ren" spielt in einer dystopischen Zukunft, in der die Menschheit mit fortgeschrittener Technologie und biologischer Manipulation vertraut ist. Die Gesellschaft ist von Kriegen, Krankheiten und Umweltzerstörung gezeichnet, und die Lebenserwartung der Menschen ist drastisch gesunken. In dieser Welt existieren künstlich geschaffene Wesen, sogenannte "Agapeten", die als Begleiter für Menschen entwickelt wurden. Diese Wesen sind auf eine begrenzte Lebensdauer programmiert und dienen dazu, ihren menschlichen Partnern emotionalen Halt zu bieten.

Die Handlung konzentriert sich auf den Protagonisten Ikuru Yoshizumi, einen jungen Mann, der aufgrund einer unheilbaren Krankheit nur noch eine begrenzte Zeit zu leben hat. Ikuru erhält einen Agapeten namens Ai, ein Mädchen mit kindlichem Aussehen, das jedoch über ein tiefes Verständnis für menschliche Emotionen verfügt. Obwohl Ai als künstliches Wesen geschaffen wurde, entwickelt sie im Laufe der Zeit eine eigenständige Persönlichkeit und eine enge Bindung zu Ikuru. Ihre Beziehung wird von einer Mischung aus Zuneigung, Verlustangst und der Frage nach der Natur von Liebe und Existenz geprägt.

Die Geschichte erkundet die ethischen und emotionalen Implikationen der Beziehung zwischen Mensch und künstlichem Wesen. Ikuru und Ai müssen sich mit ihrer begrenzten Zeit auseinandersetzen, während sie versuchen, Momente des Glücks und der Verbundenheit zu schaffen. Dabei werden Themen wie Sterblichkeit, Identität und die Bedeutung von Beziehungen in einer von Technologie dominierten Welt behandelt. Die Handlung ist geprägt von einer melancholischen Atmosphäre, die die Zerbrechlichkeit des Lebens und die Suche nach Sinn in einer ungewissen Zukunft betont.

Neben Ikuru und Ai gibt es weitere Charaktere, die die Komplexität der Welt verdeutlichen, darunter Wissenschaftler, die an der Entwicklung von Agapeten beteiligt sind, sowie andere Menschen, die mit ähnlichen Schicksalen konfrontiert sind. Die Interaktionen zwischen den Figuren beleuchten unterschiedliche Perspektiven auf die Themen Liebe, Verlust und die Grenzen zwischen Mensch und Maschine. Die Erzählung bleibt dabei stets fokussiert auf die emotionale Tiefe der Beziehung zwischen Ikuru und Ai, während sie gleichzeitig die größeren gesellschaftlichen und philosophischen Fragen der dystopischen Welt aufgreift.