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元プロテニスプレイヤーのジェミー･ソマーズは、スカイダイビング中の事故により瀕死の重傷を負う。婚約者であるスティーブ・オースティン大佐（600万ドルの男）は、地上最強の美女 バイオニック・ジェミー 科学情報局（OSI）に頼み込み、彼女に自分と同じバイオニック移植手術を施させた。
両足、右腕、右耳をサイボーグ化された彼女は生命の危機からは脱したものの、移植の拒絶反応から、スティーブのことを含めて全ての記憶を失ってしまう。地上最強の美女 バイオニック・ジェミー DVDしかし彼女は、自分を救ったOSIのためにバイオニック・パワーを使った諜報活動を志願するのだった。

『バイオニック・ジェミー』は、OSIのエージェントとなったジェミーがバイオニックの能力を駆使しながら活躍する姿を描く。だが、女性エージェントということで、『600万ドルの男』のハードな雰囲気とは異なるシリーズとなった。例えば、美人コンテストにミス・カリフォルニアとして出場したり、アメリカ先住民族風の女子プロレスラーになったり、修道院のシスター姿になったりするなど、地上最強の美女 バイオニック・ジェミー DVD BOXコスプレ的潜入捜査が多いのもその表れである。また、表向きの職業はベンチュラ空軍基地内の小学校教師であるため、児童たちとの交歓シーンもあったが、途中でこの設定は放棄された。コミカルなエピソードも少なくなかったが、一方では核兵器開発競争に警鐘を鳴らす、『ジェミー 地球壊滅を救え!』のように重厚なものもある。

シリーズを通して最大の仇敵として知られるのは、アメリカドラマ 地上最強の美女 バイオニック・ジェミー DVDフェムボットという人間そっくりのロボットであり、その製造者は、バイオニックとロボット工学のどちらが優れるかをドクター・ルディと争った元OSIのフランクリン博士であった。ジェミーは、スティーブ・オースティンと共に、ロボット対バイオニックの死闘を演じることとなる。

また、ジェミーと同じ顔に整形したリサという女性（リンゼイ・ワグナーの一人二役）も登場し、リサは一度はジェミーになりすますことに成功したものの、アメリカドラマ 地上最強の美女 バイオニック・ジェミー DVD BOXバイオニックの能力がなかったため正体を見破られる。再登場したときには、新開発の薬物でバイオニックに匹敵するパワーを得てジェミーを翻弄した。