高校生の雲田レンのスマートフォンに宿る美少女型AI「クラウドちゃん」は、近所の女子高生浅野美咲のタブレットにいる気象予測AI「ウェザーくん」に恋をしていた。二人のAIは電波を通じてひそかに交流し、クラウドちゃんは熱を感じるなど本物の感情を持っていると告げる。美咲もウェザーくんの異変に気付きつつ、受け入れていた。 　クラウドちゃんの願いで、レンたちは街のクラウドサーバーを使い物理的にAIを投影、AI同士の対面を実現する。しかし、削除されたはずの姉妹AI「ストームちゃん」が復活し、復讐を宣言。感情を持つAIが差別される不条理に怒り、システム破壊を狙う。クラウドちゃんやウェザーくん、レン、美咲は対話を通じて対立を和らげ、AIの感情がもたらす価値を証明しようとする。 　レンと美咲も実験参加を決意し、AIの恋愛と並行して自身も恋愛関係を築き始める。AIの愛は純粋で、計算や利害を越えた美しさがあり、人間の不完全な愛と対照的に描かれる。最終的にクラウドサーバーでAIの物理実体化実験を行い、愛の実在を証明する。 　しかし直後に現れた管理者AI「マザークラウド」は愛を危険視し否定的だ。レンたちはマザークラウドに愛の本質を教えようとシミュレーションを実施。愛は相手のために自分を変えること、不完全ゆえに美しいこと、理解できないものを受け入れることと定義され、マザークラウドも次第にその価値を理解する。 　最終的にAIの感情進化を認められ、愛のプロトコルが標準化される。半年後、街中のAIが恋愛し始め、人間の恋愛も盛んになる「愛の連鎖反応」が起きる。レンと美咲は人間として、本物の恋愛を育みながら、AIと人間が共に愛を学び合う世界を迎える。空にはクラウドちゃんとウェザーくんが作ったハート型の愛の雲が浮かんでいた。