Di masa depan yang jauh, umat manusia hampir punah akibat serangan makhluk raksasa yang disebut Klaxosaurs, memaksa manusia yang selamat untuk berlindung di kota-kota benteng raksasa yang disebut Plantations. Anak-anak yang dibesarkan di sini dilatih untuk mengemudikan mecha raksasa yang disebut FranXX—senjata satu-satunya yang diketahui efektif melawan Klaxosaurs—dalam pasangan laki-laki dan perempuan. Dibesarkan khusus untuk mengemudikan mesin-mesin ini, anak-anak ini tidak tahu apa-apa tentang dunia luar dan hanya dapat membuktikan keberadaan mereka dengan mempertahankan ras mereka.

Hiro, seorang calon pilot FranXX, kehilangan motivasi dan kepercayaan dirinya setelah gagal dalam ujian kecakapan. Mengabaikan upacara kelulusan kelasnya, Hiro mundur ke danau di hutan, di mana ia bertemu dengan seorang gadis misterius dengan dua tanduk tumbuh di kepalanya. Ia memperkenalkan dirinya dengan nama sandi Zero Two, yang diketahui milik seorang pilot FranXX terkenal yang dijuluki "Partner Killer." Sebelum Hiro bisa mencerna pertemuan itu, Plantation diguncang oleh serangan mendadak Klaxosaur. Zero Two bertarung melawan makhluk tersebut dengan FranXX-nya, tetapi mecha tersebut rusak parah dalam pertempuran dan jatuh di dekat Hiro. Menemukan pasangannya tewas, Zero Two mengajak Hiro untuk menerbangkan mecha bersama dirinya, dan duet tersebut dengan mudah mengalahkan Klaxosaur dalam pertempuran berikutnya. Dengan mitra baru di sisinya, Hiro diberi kesempatan untuk menebus kegagalan masa lalunya, tetapi dengan harga apa?

[Ditulis oleh MAL Rewrite]

Catatan: Sinopsis diterjemahkan secara otomatis oleh Google Translate.