Bối cảnh của Plastic Memories diễn ra ở một thành phố trong tương lai gần, khi mà con người chung sống cùng những android không chỉ có ngoại hình giống mà còn có cả cảm xúc lẫn ký ức giống như con người. Tập đoàn SAI, một công ty đi đầu trong lĩnh vực sản xuất android đã giới thiệu Giftia, một mẫu android cao cấp hầu như giống con người về mọi mặt. Vòng đời của một Giftia là 81 920 giờ (khoảng 9 năm 4 tháng), và nếu vượt quá thời hạn sử dụng sẽ dẫn tới sự phân rã nhân cách, mất trí nhớ và phát sinh bạo lực. Và kết quả là Dịch vụ hậu kì ra đời với nhiệm vụ thu hồi những Giftia sắp kết thúc vòng đời từ những người chủ của họ và xóa ký ức của các Giftia. Để thực hiện công việc này, nhân viên của Dịch vụ hậu kì phải làm việc theo một nhóm gồm một con người (được gọi là "spotter") và một Giftia (được gọi là "marksman"). Câu truyện xoay quanh Mizugaki Tsukasa và cộng sự của anh, Isla - một Giftia đang gần đến hết vòng đời.