Dans un futur lointain, l'humanité s'est retranchée dans des villes fortifiées mobiles, les Plantations. Elles sont régulièrement menacées par les Kyôryû. De jeunes pilotes affrontent ces ennemis à bord des Franxx, des robots géants. Hiro ne s'accorde pas avec sa partenaire et échoue à devenir pilote, jusqu'à l'arrivée de Zero Two, une étrange jeune fille avec laquelle il est capable de piloter.