《电波系彼女》围绕着孤僻少年藤和艾莉欧与高中生上原透展开。藤和艾莉欧是个行为怪异、满脑子奇思妙想的电波系少女，她坚信自己来自宇宙，还认为自己肩负着某种神秘使命。上原透原本过着普通的高中生活，一次偶然机会与艾莉欧相遇。此后，艾莉欧缠上了上原透，两人的生活就此交织。在相处过程中，上原透逐渐走进艾莉欧的内心世界，了解到她电波行为背后的孤独与渴望。他们一起经历了许多荒诞又有趣的事情，上原透也在这个过程中慢慢改变，从最初的抗拒到后来真心接纳艾莉欧。两人在相互陪伴中，收获了独特而真挚的情感。