En espérant détruire la plante bleue, des extraterrestres ont pris le contrôle d'animaux, qu'ils transforment en créatures monstrueuses et nuisibles pour l'environnement. Lors d'une expérience visant à créer un vaccin qui permettrait l'arrêt de ces processus destructeurs, Ichago, Létasu, Minto, Zakuro et Pudding se voient accidentellement implanter un gêne d'animal en voie de disparition. Lorsqu'elles découvrent qu'elles possèdent depuis lors d'étranges pouvoirs, les cinq jeunes filles forment le groupe des Mew Mew, bien décidées à unir leurs efforts afin de combattre la menace grandissante qui plane sur la Terre. Elles seront toutefois bien souvent déchirées entre leurs flirts et leur missions...

Titre original translittéré: Tokyo Mew Mew. 3.