《三次元女友》讲述的是筒井光（佐野勇斗饰）和伊东悠人（ゆうたろう饰），两位痴迷于二次元文化的高中生。筒井被设定为一个典型的游戏宅男，而伊东则是他的忠实伙伴，两人在现实生活中找到了归属感和共鸣。一次游泳课的迟到事件，让筒井与学校里的超级美女五十岚色叶（中条彩未饰）擦肩而过。色叶不仅外表出众，而且个性张扬，她那令人眼花缭乱的魅力吸引了筒井的目光。然而，一场突如其来的误会将二人卷入了争端之中：色叶因被误认为是小偷而遭罚打扫卫生。尽管筒井起初对这位美女存有戒心，但在帮助色叶洗清冤屈的过程中，他逐渐对其产生了复杂的情感。在一次偶然的机会下，色叶主动向筒井表达了情感，但粗鲁的筒井却拒绝了这份突如其来的爱情。从那以后，筒井和色叶之间产生了一系列有趣且微妙的变化：他们开始被周围的人视为怪异的情侣组合，并因此受到了很多非议与质疑。然而，在面对困境时，两人之间的感情逐渐升温。影片通过细腻的情感描绘，展现了二次元文化和现实世界之间的微妙联系，以及在复杂社会背景下，一段充满挑战的青春恋爱故事。这部电影不仅让观众感受到了青春的悸动和成长的烦恼，还探讨了兴趣爱好、友情与爱情之间的平衡。《三次元女友》以轻松幽默的手法讲述了一个温馨而又略带苦涩的成长故事。
