Alma-chan Wa Kazoku Ni Naritai xoay quanh câu chuyện của Alma, một robot tự học với khả năng chiến đấu tiên tiến. Cô được tạo ra bởi hai nhà khoa học thiên tài, Enji Kamisato và Suzume Yobane, người lần lượt phát triển trí tuệ nhân tạo và công nghệ robot cho Alma.
Hai nhà khoa học này từng bị chế giễu bởi những người quen cũ, và họ quyết định hợp tác để chứng minh tài năng thực sự của mình. Dù làm việc ăn ý trong công việc, cuộc sống cá nhân của họ lại không hòa hợp. Tuy nhiên, qua thời gian, Enji và Suzume dần nảy sinh tình cảm với nhau.
Alma, với sự tò mò của một robot, bắt đầu đặt câu hỏi về bản chất thật sự trong mối quan hệ của hai người tạo ra mình. Khi học hỏi thêm về con người từ những người xung quanh, mối liên kết giữa Alma với Enji và Suzume ngày càng trở nên sâu sắc hơn. Câu chuyện của Alma và hai nhà khoa học dần dần mở ra một mối quan hệ gia đình ấm áp và cảm động.