本次公开的第二季动画标题为《我的妹妹哪有这么可爱。》，乍看之下似乎与第一季没什么区别，其实区别就在于最后的一个“。”句号。本次有意将第一季标题加上句号作为第二季的标题，不得不令人联想第二季是否意味着真正完结？
“信号塔大战”后，熊大、熊二和光头强的缩小器再度遗失。三人组合继续留守不夜城，找寻缩小器的回家之路更是状况频出，但他们从未放弃希望，最终与小动物们合力拯救小镇，呈现了一场精彩惊险的微观世界冒险之旅。
在已被彻底探索殆尽的世界里，名为“深渊”的大洞是硕果仅存的秘境。 这个深不见底、不知会延伸到何处的巨大垂直洞穴中，不仅栖息着各种稀奇古怪的生物，还沉睡着现今人类所做不出来的珍贵遗物。 “深渊”那处处充满不可思议的神秘样貌，吸引人们前仆后继地前去冒险。渐渐地，大家开始将那些多次挑战大洞的冒险者们称为“探窟家”。 孤儿莉可住在兴建于深渊四周的城镇“奥斯”，她梦想着将来要成为像她母亲一样伟大的探窟家，并一解深渊之谜。 某天，她母亲莱萨的白笛被人发现，让莉可因此下定决心要潜入深渊的深处。她捡到的失忆机器人雷格，也为了寻找自己的记忆而决定与她同行。 莉可在深界四层被穿珠的毒给侵蚀折磨，拯救她的是名叫娜娜奇的惨剧终末。娜娜奇加入之后，三个人便继续前往彭多尔多所在的深界五层冒险。在那里，他们遇见了一个自称普鲁修卡的女孩。由彭多尔多抚养长大的她对外界一无所知。普鲁修卡深深着迷于莉可的冒险故事，并希望能和莉可一起冒险，然而她却惨遭彭多尔多利用来做实验。 不过后来普鲁修卡改变形体，变成莉可的白笛，与她一同朝深界六层“不归之都”前进。在那里有座“惨剧终末的村子”，那是拥有自己一套价值观的惨剧终末们所生活的地方。
战国时期，老爷曾经像魔神一样活跃，但那个时代已经过去了。老爷已经彻底堕落，住在贫民窟里，过着穷困潦倒的生活。这时候他遇到了一只狗，并可怜这只奇怪的短腿动物，向它伸出了援助之手，但是……他的新家臣的调皮行为让他受到了各种各样的摆布！
濑名泉水（代永翼 配音）出身于演艺世家，父母和哥哥都是当红的明星艺人，唯独泉水是个普通大学生，而且还是个梦想成为漫画家的个性内向阴沉的宅男。他的这种性格，源自十年前的一次广告拍摄，泉水临时被安排出演女花童角色，当时的搭档是出演男花童的一条龙马（江口拓也 配音）。拍摄上出现的失败让泉水从此惧怕演艺圈，而与之相反的是，一条龙马在演艺道路上顺风顺水，成为了炙手可热的偶像明星，而他却一直单相思着那一个爱哭的小小女花童。 十年后泉水再次接到广告邀请，搭档仍是一条龙马。本想拒绝的泉水在家人的威逼利诱下再次女装上阵。十年后的重逢，让龙马十分兴奋惊喜，他甚至在拍摄结束后向“泉水小姐”表白，却发现，自己魂牵梦萦了十年的泉水竟然是男人？
