Al inicio de la historia, una chica llamada Ichigo Momomiya asiste a una exhibición de especies en peligro de extinción junto a su amor platónico y futuro novio, Masaya Aoyama. Luego de un terremoto, ella y otras cuatro chicas que se encontraban en la exhibición son envueltas...  Al inicio de la historia, una chica llamada Ichigo Momomiya asiste a una exhibición de especies en peligro de extinción junto a su amor platónico y futuro novio, Masaya Aoyama. Luego de un terremoto, ella y otras cuatro chicas que se encontraban en la exhibición son envueltas por una extraña luz. Al día siguiente, Ichigo empieza a actuar como una gata y, luego de conocer a Ryō Shirogane y Keichiro Akasaka, descubre que se le había infundido el ADN de un gato de Iriomote. Tras esto, le explican que tiene la habilidad de transformarse en una «Mew Mew», una poderosa heroína catgirl que tiene como objetivo derrotar a las chimera animas (キメラ・アニマ, kimera Anima?) —parásitos alienígenas que infectan animales y los convierten en monstruos—. Además, le encargan encontrar al resto de las chicas que estuvieron en la exhibición: Mint Aizawa, una joven adinerada y mimada infundida con los genes de un lori ultramar; Lettuce Midorikawa, una chica inteligente y sumisa que había absorbido los genes de una marsopa sin aleta; Pudding Fong, que había recibido los genes de un tamarino león dorado y Zakuro Fujiwara, una modelo profesional infundida con los genes de un lobo gris. En el transcurso de la historia, las cinco Mew Mews combaten contra las chimera animas y sus manipuladores alienígenas: Kisshu, Pai y Taruto. Kisshu, por una parte, se muestra interesado en Ichigo e intenta ganarse su amor a pesar de que trata de eliminar al resto de Mew Mews. Mientras que los otros dos alienígenas, Pai y Taruto, se le unen en un intento por eliminarlas.