电视动画《奇迹少女KOBATO.》改编自日本漫画作家组合CLAMP原作的同名漫画。在动画资讯杂志《Newtype》2009年1月号（2008年12月10日发售）上，发表了《奇迹少女KOBATO.》TV动画化的决定。2009年3月18日，动画官网正式开启，并公开了人物设定及主要工作人员名单等消息。电视动画于2009年10月6日开始播放，全24集。
不可思议的少女花户小鸠有个“想去的地方”，为达到目的，她必须收集许多受伤的心来装满瓶子，在那之前，便需要治愈那些人们的心灵创伤。机缘巧合的情况下，小鸠来到人手不足的幼稚园帮忙，然而那是一间面临废校的幼稚园。于幼稚园打工的青年藤本清和、园长冲浦清花，还有幼稚园的小孩子们，人们受到小鸠的真诚打动，而小鸠的内心也开始逐渐成长。小鸠成功治愈许多受伤的心，但最后又能否拯救到即将废校的幼稚园呢?至于引导小鸠的不可思议小狗布娃娃-五百阿藏，其真正身份又到底是…?