Búp Bê Tình Dục Là Em Gái Tôi xoay quanh câu chuyện giở khóc dở cười của cô nàng Tsubomi Mochizuki. Vốn tính tình rất nghịch ngợm và hay chọc phá ông anh trai, Tsubomi Mochizuki hay vụng trộm chui vào phòng anh trai để bày trò. Hôm nay, cô thấy phòng anh trai có một con búp bê tình dục cỡ lớn nên đã tò mò nghịch thử một chút. Nào ngờ vừa mới chọc ngoáy vào thì đầu của con búp bê tình dục đã rơi ra. Hoảng sợ, Tsubomi Mochizuki đã giấu con búp bê tình dục đi và giả làm nó luôn. Người anh trai đi vào phòng thì thấy Tsubomi Mochizuki đang giả vờ làm búp bê tình dục. Anh biết đó là Tsubomi Mochizuki, nhưng anh lại giả vờ như không biết và bắt đầu mây mưa với con búp bê tình dục bằng xương bằng thịt tuyệt vời này.