瓜皮头、蝴蝶结、锐利冰冷的眼神以及乖张的举止，是年仅4岁的幼儿园小女生小季子的经典标志。相较于同龄小朋友，这个女孩似乎过于成熟，她不屑于说没用的废话，“沉默是金”是无上的真理，而往往一出口便令听者瞠目结舌。她讷于言而敏于行，拥有可媲美忍者的矫健身手。 她还用“外星人”密码写日记、在劳作课上做出抽象立体派雕像、爱观察昆虫交配。除此之外当然也有一些搞怪的小毛病，比如会自己洗澡却忘记关浴室门，会擦全家人的皮鞋却不会系鞋带。这真是一个让爸爸妈妈哭笑不得的酷娃娃……
故事发生在一间名为“燕雀”的侦探社之中，坐镇其中的，是名为洛基（樱井孝宏 配音）的美少年侦探。虽然表面上看来只是一个小孩子，但洛基的真身其实是北欧神话中的邪神，因为作恶多端而被放逐人间，在此期间陪伴着洛基，照料他饮食起居的，是原型为一条巨蟒的暗野龙介（三木真一郎 配音）。 一次偶然中，一个名为大堂寺茧良（堀江由衣 配音）在无意之间闯入了燕雀侦探社之中，她希望洛基能够帮助她替一个会说话的洋娃娃找到曾经的主人。一番波折之后，事件总算顺利解决，而在此之后，茧良竟然自说自话地成为了洛基的助手，两人一同面对的，是各式各样科学难以解释的灵异事件。
由于父亲欠下了一屁股债人间蒸发，无家可归的女儿桃园奈奈生（三森铃子 配音）只得流浪街头。在这途中，奈奈生帮助了一位被恶狗追逐的男子，男子告诉奈奈生自己名叫御影（石田彰 配音），而在得知了奈奈生的遭遇后，他意外的提出将自己的住处让给奈奈生。一间荒芜的神社——这便是御影所说 的住处，奈奈生自觉上当，却也没有别的地方好去。更令她吃惊的是，御影竟然是神社的土地神，而如今，土地神的头衔，自然也随着住处转嫁到了奈奈生的头上。 莫名其妙的成为了土地神，而身边又出现了称她为“主人”的神使巴卫（立花慎之介 配音），奈奈生还未搞清楚状况，各路个性可爱又调皮的神灵就接二连三的降临到了她的身边。
智能机器人黑白小姐（堀江由衣 配音）原本拥有饮食无忧的富足生活，因为憧憬综艺节目人气偶像喜久子（井上喜久子 配音），渴望成为偶像的他被看似忠良的女仆（神田朱未 配音）骗走全部财产193亿日元，最终家产被抵押。黑白小姐带着打扫用的机器人小露流落街头，对于生活处境的变化她似乎并不以为意，反而展开了作为偶像的修行旅程。在此期间，她结识了“经纪人”（藤原启治 配音），不管什么样的工作，只要能给大家带来欢乐黑白小姐都会接受。该怎么来形容这么一位内心不知是强大还是木讷的美丽偶像呢？ 黑白小姐是堀江由衣公演中出现的3D虚拟偶像角色，本片原案和声优均由堀江本人担任。
《科学小飞侠》这部动画的原作是吉田龙夫（漫画家出身，后来投入动画制作而成立龙之子制作，已故），由鸟海尽三与陶山智负责企划。本片当初是以与巨大机械战斗的低年龄向动作片为起点，但在导入公害、科学、战争等现实中的严肃题材，与亲情及角色过去的戏剧性，这些非儿童导向的故事都博得好评，因而得以将预定的一年播映期延长，并成为龙之子制作的SF英雄动画类型经典代表作。
