지금으로부터 그리 멀지 않은 미래. 아이들 사이에서는 '전뇌 안경'이라는 것이 엄청나게 유행하고 있었다. 이 '전뇌 안경'은 어디서든 인터넷에 접속하여 여러가지 정보를 표시하는 기능을 갖추고 있으며, 이를 사용하면 실재하지 않는 애완동물인 '전뇌 펫'까지도 가질 수 있기에, 어린이들에게는 마치 현대의 휴대전화처럼 없어서는 안 될 아이템으로 자리잡았다. 주인공 소녀 오코노기 유코는 초등학교에서의 마지막 여름방학을 눈앞에 둔 시점에서 그만 부모님의 사정으로 인해 다이코쿠 시로 이사를 오게 된다. 이사 첫날부터 돌아가신 할아버지로부터 받은 전뇌 펫 덴스케를 잃어버리게 된 유코는 우연한 계기로 만난 후미에의 도움을 받게 되고 '코일 전뇌탐정국'에 대해서 알게 된다. 언뜻 조용한 시골 도시처럼 보였던 다이코쿠 시는 사실 최신 전뇌 인프라가 갖추어진 곳으로, 유코가 그동안 본 적도 들은 적도 없는 신기한 현상들이 아무렇지도 않게 벌어지는 곳이었다. 그리고 유코 앞에는 무언가 비밀을 감추고 있는 듯한 또 한 사람의 유코인 아마사와 유코(통칭 이사코)가 나타나는데...