距今超过六千年的远古世界，天地割裂的凄惨战争持续不断，毫无还手之力的人类被拥有强大力量的各个种族逼入绝境，濒临灭亡。此时率领人类的年轻领袖里克，与机凯种少女休比偶然相遇。被同伴抛弃的休比，为了修复故障，拜托里克把“人类的心”告诉自己。机凯种少女的单纯与真诚，使得里克对休比逐渐放下戒备、敞开心扉，二人感情亦日渐升温。最终二人带领人类共同面对终极一战，少女休比也将面临恋人与生命的残酷抉择。末日来临，在251秒的时间里，赌上一场深情告白。
西历5012年。突然入侵地球的＜外星人＞与其制造的＜机械生物＞导致人类面临灭亡危机。 仅存的人类逃至月球，为了夺回地球，利用＜人造人＞士兵展开反攻作战。 然而无限增加的＜机械生物＞阻挡在前，战争陷入胶著状态。 作为最终兵器，人类派遣新型人造人＜寄叶＞部队至地球。刚被派往地球的＜2B＞与先行调查员＜9S＞会合，一同执行任务，却在途中遇见许多神秘难解的现象……。 这是关于为人类而战，无生命＜人造人＞的故事－－ PS：Automata指的是“自动人形”，别再机械纪元求求了。
个性活泼开朗有时候显得有些大大咧咧的水无月遥（田村由加莉 配音）、成熟稳重颇具大小姐风范的神无月葵（能登麻美子 配音）、从意大利转学而来的天才少女叶月胡桃（钉宫理惠 配音），活泼可爱的三人平日里在学校中是无话不谈的好友，过着平凡的校园生活，但每当夜晚来临，她们便会变身成为拥有超能力的魔法少女。 三人的目标，是寻找价值连城的天使像，邪恶而又贪婪的地下拍卖组织Black auction得到了它，企图通过它来牟取暴利。成绩优异的学生会长如月唯人（桧山修之 配音）、随叫随到的万能管家长月平之丞（清川元梦 配音），是他们在背后默默的支持着少女们。
かつて、突如として現れた正体不明の敵・アンノウン。 「超進化鉄道開発機構」通称「ERDA（エルダ）」は、対抗手段として新幹線が変形するロボット「シンカリオン」を開発し、脅威に備えていた。 「何かを守れる、カッコイイ人に…僕は…」 中学2年生の大成タイセイは、2年前に失踪した姉の手がかりを求めて、進開学園中等部に転入する。 その矢先、10年ぶりにアンノウンが出現。偶然にもタイセイがシンカリオン運転士として高い適性値を持つことが判明し、闘う決断を迫られることとなる。 アンノウンの正体、そして目的は何なのか…。闘いの末に見えてきた真実とは…。 少年たちの決意と成長の物語が、今、始まる―。
