Koume Asakura ist eine Schülerin der ersten Klasse der Mittelschule, die die meiste Zeit allein in einem Haus lebt. Ihre Mutter starb, als sie sehr jung war, und ihr Vater ist ständig auf Geschäftsreisen. Ihre einzige wirkliche Stütze ist ihre Nachbarin und Kindheitsfreundin Mao Hagino, die nach ihr sieht und oft mit ihr isst. Koume hat eine heimliche Schwärmerei für Mao, kann sich aber nicht eingestehen. Eines Tages, als sie in einer Kiste mit Souvenirs kramt, die ihr Vater von einer Reise mitgebracht hat, findet sie ein Blatt Papier mit einem Zauber, der angeblich die Zukunft zehn Jahre voraussehen lässt. Neugierig, wer in der Zukunft an ihrer Seite sein wird, probiert Koume den Zauber vor einem Spiegel aus. Statt ihres zukünftigen Selbst sieht sie ein Baby-Mädchen im Glas, und Augenblicke später klettert das Baby aus dem Spiegel in die Gegenwart. Das Baby, genannt Ai, ist Koumes eigene zukünftige Tochter. Mit Maos Hilfe beschließt Koume, Ai aufzuziehen, bis das Baby in ihre eigene Zeit zurückkehren kann, und die beiden Mittelschüler übernehmen die Rollen von Ersatzeltern.

Die Geschichte folgt Koume und Mao, während sie Schule, Freunde und die alltäglichen Herausforderungen der Betreuung eines schnell wachsenden Kleinkindes unter einen Hut bringen. Ai ist, obwohl ein Baby, ungewöhnlich neugierig und aktiv, was zu ständigen Missgeschicken und herzerwärmenden Momenten führt. Während sie zusammenarbeiten, vertiefen sich Koumes Gefühle für Mao, und Mao wird zunehmend hingebungsvoller gegenüber Koume und Ai. Ihre Beziehung entwickelt sich von einer Kindheitsfreundschaft zu einer romantischen Partnerschaft, während sie das Geheimnis von Ais Herkunft vor der Außenwelt bewahren. Koume wird auch emotional stärker und findet ein Gefühl von Familie und Zweck, das sie nie zuvor hatte.

Zu den wichtigsten Handlungsbögen gehören die Bemühungen des Paares, Ai versteckt zu halten, Ais allmähliche Entwicklung von einem krabbelnden Kleinkind zu einem Kleinkind, das laufen und einfache Worte sprechen kann, und die emotionale Krise, als Mao mit der möglichen Umsiedlung seiner Familie konfrontiert wird. Der ergreifendste Handlungsbogen ereignet sich, als ein magisches Missgeschick Koume, Mao und Ai in die Zeit zurückversetzt, sodass Koume ihre verstorbene Mutter treffen und den Abschluss finden kann, den sie lange gebraucht hat. Als Ais Aufenthalt in der Vergangenheit sich dem Ende nähert, müssen sich Koume und Mao auf den unvermeidlichen Abschied vorbereiten, wohl wissend, dass Ai in die Zukunft zurückkehren wird, wo sie hingehört.

Die Originalserie endete mit Ais Abreise, aber eine Fortsetzung, Hello! My Baby S, setzt drei Jahre später ein. Koume und Mao sind in der Oberschule und immer noch zusammen, und warten sehnsüchtig auf eine Gelegenheit, Ai wiederzusehen. Als Ai durch den Spiegel wieder auftaucht, bringt sie ihren kleinen Bruder aus der Zukunft mit, was ihre Ersatzfamilie erneut erweitert. Die Kernfiguren bleiben Koume, ein entschlossenes und gutherziges Mädchen; Mao, zuverlässig und leise liebevoll; Ai, eine helle und schelmische Kraft, die alle zusammenbringt; und Nebenfiguren wie Koumes Vater und Schulfreunde. Die Handlung spielt in einer typischen japanischen Stadt, verankert durch die beiden Nachbarhäuser, in denen sich ein Großteil der herzerwärmenden Kindererziehungskomödie abspielt.