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和其他人，都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?小鸠最终又能否达到目的?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……?

作品是以意大利实际存在的学者“伽利略·伽利莱”子孙的三姊妹为主角，所展开的战斗动作冒险故事。标题设计特意加入了“Storia di tre sorelle a caccia di un mistero”这段意大利文。并由梅津泰臣负责原案、监督一职，是其继《危险代理人》后睽违9年的作品。 其“Donna”为意大利语，意指少女、少妇。

2006年开始计划此作品时，标题原本有将“伽利略少女”（ガリレァ‖ール）列入考虑，但怕跟东野圭吾的伽利略系列作品混淆，最终决定使用此名。

西历2061年，全球进入了冰河期初期。居住在意大利托斯卡尼的法拉利三姊妹，有一天被神秘组织袭击，并突然成为了国际通缉犯，三姊妹因此过着逃跑并探索伽利略宝藏之谜的生活。

故事发生在遥远的2061年，自然的破坏使得地球的环境变得十分恶劣，气温骤降大地冰封，在意大利图斯卡纳，居住着伽利略的后代三姐妹。叶月（真堂圭 配音）个性奔放耿直，大大咧咧的她心怀着成为检察官的梦想。神月（大久保瑠美 配音）个性冷淡沉默寡言，拥有极强运动神经的她其实在内心里十分的需要保护。星月（日高里菜 配音）是个高智商少女，对机械颇为精通，三姐妹中要数她的性格最为温柔可人。

一次偶然中，三姐妹遭到了陌生人的突然袭击，而袭击者的目标只有一个，那就是得到传说中的“伽利略的遗产”，可是，对于这笔遗产的存在，三姐妹一无所知。为了不让宝贵的遗产落入坏人手中，本性个性迥异而不合的三姐妹决定合作。

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14岁的初中生楠本赖子性格阴暗，没什么朋友。有一天，班上才色兼备的美少女的柚木加菜子突然对她说道“我们是对方的转世”。因为加菜子常说些不可思议的事情，并且经常读很难的文学杂志，赖子一时不知如何是好，不过内心孤独的二人逐渐变得亲密起来。二人约定乘坐最后一班列车去看湖，可是加菜子却在中央本线武藏小金井站的站台被人推下，并被列车碾过。

那辆列车正好乘坐着在下班路上的刑警木场修太郎。修太郎将加菜子送到医院，在那里他看到了加菜子的姐姐阳子。阳子和他暗恋的女优美波绢子长得一模一样。

受伤濒死的加菜子被送到谜之研究所，并且受到集中治疗。

这时，多摩地区一带，发现了很多被分解的尸体。为这个事件取材的记者中禅寺敦子和陪同的小说家关口巽、杂志编辑鸟口守彦在森林迷路了，并发现了谜一般的建筑。那是一个正方形的巨大的“匣子”。加菜子正是在其中接受治疗。

此时，在严密的戒备下之中，应该在接受治疗的加菜子忽然失踪了...

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