Vor sieben Jahren traf ein junges Mädchen namens Tama-tan einen mysteriösen Jungen mit Hasenohren, der ihr ein kleines Medaillon gab und sie versprechen ließ, auf ihn zu warten. Sie hat diese Erinnerung seither bewahrt, doch mit der Zeit beginnt sie zu zweifeln, ob die Begegnung wirklich stattfand. Dieser Zweifel verschwindet, als plötzlich ein fliegendes Untertasse vor ihr erscheint und der Junge aus ihrer Vergangenheit endlich zurückkehrt. Er ist Mitsuaki, der Prinz des Mondes, und er ist mit einem dringenden Auftrag auf die Erde gekommen: die Monddamen zu finden – Kandidatinnen, die Mondprinzessin werden können.

Die Geschichte folgt Tama-tan, einem fröhlichen, hyperaktiven und überraschend sparsamen Grundschulmädchen, dessen voller Name Nishikiori Tamae ist. Ihr Leben wird weitaus komplizierter, als sie erfährt, dass sowohl die Erde als auch der Mond in Gefahr sind und dass die Rettung beider Welten von der Wahl einer neuen Mondprinzessin abhängt. Zu ihrer eigenen Überraschung wird Tama-tan als eine der Kandidatinnen ausgewählt. Sie gesellt sich zu mehreren anderen Mädchen an ihrer Schule, die ebenfalls Monddamen-Kandidatinnen sind, darunter ihre guten Freundinnen Shiki, eine Erbin einer Ninja-Familie mit burschikosem Wesen, und Mii, eine sanfte und beliebte ehemalige Idolsängerin. Doch nicht alle Kandidatinnen sind freundlich; die hochmütige und wettbewerbsorientierte Miharu, eine Nachfahrin eines Engels, betrachtet Tama-tan und ihre Freundinnen als ihre Hauptkonkurrentinnen.

Während Tama-tan sich in ihrer neuen Realität zurechtfindet, entdeckt sie, dass sie ein natürliches Talent für Liebesmagie besitzt. Auch ihre Gefühle für den stillen und zurückhaltenden Prinzen Mitsuaki werden stärker, was durch ein Kindheitsversprechen verkompliziert wird, das einige als heimliche Verlobung ansehen. Die Gruppe sieht sich mit Einmischungen von Mitsuakis älterem Bruder Kai konfrontiert, dessen schwarze Hasenohren ihn seines Thronrechts beraubt haben. Verbittert und auf Rache sinnend, plant Kai gegen Mitsuaki und entwickelt eine seltsame Besessenheit für Tama-tan, zunächst nachdem er von ihrer Liebesmagie getroffen wurde und später als Teil seiner Pläne, sie für seine eigenen Zwecke zu benutzen.

Der Handlungsbogen konzentriert sich auf Tama-tans Weg von einem scheinbar gewöhnlichen Mädchen zu einer mächtigen Monddame. Sie muss ihre eigenen Zweifel und Misserfolge während der Prinzessinnenprüfungen überwinden, um ihr wahres Potenzial zu entfalten. Die Geschichte verwebt alltägliches Schulleben mit magischen Kämpfen und erkundet Themen wie Freundschaft und erste Liebe. Sie dient auch als Spin-off zum Manga Kamichama Karin, wobei sich später herausstellt, dass Tama-tan die Tochter von Michiru Nishikiori, einer Figur aus dieser Serie, ist.