O amor é incomum para Risa Koizumi e Atsushi Ootani, que estão ambos se esforçando para encontrar seu parceiro ideal no ensino médio — Koizumi, com 172 cm, é muito mais alta que a garota média, e Ootani é muito mais baixo que o garoto médio, com 156 cm. Para agravar suas dificuldades, suas paixões se apaixonam uma pela outra, deixando Koizumi e Ootani comicamente confusos e com o coração partido. Para piorar, eles são até rotulados como uma dupla de comediantes por seu professor devido às suas personalidades e à grande diferença de suas alturas, e seus colegas de classe chegam a considerar suas discussões como esquetes. Lovely★Complex acompanha Koizumi e Ootani enquanto eles se encorajam mutuamente na busca pelo amor e se tornam amigos próximos. Além de suas palhaçadas ridículas, eles logo descobrem uma semelhança inesperada em seus gostos musicais e de moda. Talvez eles possuam uma química ainda desconhecida, mas será que o amor poderia florescer entre o par tão desproporcional?