머나먼 미래. 인류는 황폐해진 세계에 이동 요새 도시 '플랜테이션'을 건설하고 살아간다. 파일럿 후보 아이들은 '버드케이지'라 불리는 미스틸테인에서 생활하며, 정체불명의 거대 생명체 '규룡'과 맞서기 위해 FRANXX를 조종하는 것만이 삶의 목적이다. 한때 천재 소년이라 불렸던 코드네임 016 히로는 어느 날 신비로운 소녀 제로투를 만나게 되고, 두 사람의 운명이 움직이기 시작한다.