Totto-chan nghĩa là "bé Totto", tên thân mật hồi nhỏ của tác giả Kuroyanagi Tetsuko. Totto-chan sinh trưởng trong một gia đình hạnh phúc, có cha là nghệ sĩ vĩ cầm, mẹ là vận động viên bóng rổ, nhà em còn nuôi con chó lớn tên Rocky. Trước khi em sinh ra, cha mẹ luôn nghĩ em sẽ là con trai nên đã đặt tên con là "Toru", nghĩa là vang xa, thâm nhập. Nhưng vì Totto-chan là con gái nên gia đình đổi tên em thành Tetsuko. Cha của em thường gọi em một cách thân mật là "Totsky" (Totto-Suke ở nguyên gốc tiếng nhật).

Mới sáu tuổi, Totto-chan đã bị đuổi học ở trường tiểu học vì em quá năng động và lạ lùng so với các bạn. Mẹ của Totto-chan biết ngôi trường bình thường không thể hiểu được con gái, bà liền xin cho em vào học tại Tomoe Gakuen (Trường Tomoe) của thầy hiệu trưởng Kobayashi Sosaku. Trường Tomoe có lớp học là những toa tàu cũ, cả trường chỉ có hơn năm mươi học sinh, ai cũng đặc biệt như Totto-chan, thậm chí có cả những em bị khuyết tật. Nhưng vượt qua những trở ngại và khác biệt tính cách, các học sinh ở Tomoe đều hoà hợp với nhau như anh em. Thầy hiệu trưởng Kobayashi tôn trọng học sinh của mình, luôn để chúng tự do phát huy cá tính, khả năng bẩm sinh. Ở Tomoe không có thời khoá biểu nhất định, học sinh thích học môn gì nhất thì cứ tự học môn đó trước và những môn không thích thì học sau cùng. Các thầy cô chỉ làm nhiệm vụ hướng dẫn các em khi cần và cho bài tập. Nhà trường còn tổ chức cắm trại, đi du lịch cho các em được mở mang tầm mắt, gần gũi với thiên nhiên.