《电波女与青春男：真夜中的太阳》围绕着少年丹羽真和电波女藤和艾莉欧展开。丹羽真原本平静的生活，因堂妹藤和艾莉欧的归来而被打破。艾莉欧头上绑着大大的纸箱，坚信自己是外星人，还会做出各种奇怪举动。丹羽真无奈之下只能照顾她，在相处过程中，两人的关系逐渐发生变化。他们一起经历了许多有趣又荒诞的事情，比如艾莉欧为了寻找宇宙的真相闹出不少笑话。随着故事推进，丹羽真慢慢走进艾莉欧的内心世界，帮助她解开心中的心结，而艾莉欧也在丹羽真的影响下，逐渐开始面对现实，走出自己的幻想世界，两人在这个过程中也收获了别样的感情。