La serie tiene lugar en el Japón del año 2029, tras el alza de este país como imperio económico debido al "milagro japonés" (reciclaje de residuos nucleares). La historia gira en torno a la organización de fuerzas especiales Sección 9, y en particular en torno a su segunda de abordo tras Daisuke Aramaki, la Mayor Motoko Kusanagi.
En una sociedad paralela del denominado bajo mundo, hay una lucha por el control de la ciudad de Lux. Ichise, un huérfano convertido en luchador callejero por dinero, pierde un brazo y una pierna para satisfacer a un enfurecido promotor de peleas. Ya cuando estaba a punto de morir, es recogido por una joven Doctora y utilizado como un conejillo de indias para la próxima evolución de los "Texhnolyze".
Con sus nuevas extremidades, Ichise se convierte en el protegido de Oonishi, un lider muy poderoso de la organización "Organ". Mientras Ichise es arrastrado profundamente en una guerra territorial sobre el control de la ciudad, este conoce a Ran una joven profeta que le habla sobre su posible futuro. Con la explosión de una gran guerra, Ichise debe revelar la verdadera historia detrás de Lux y pelear por su vida mientras se empieza a dar cuenta de cuál es su destino.
Natsumi Tsujimoto es una amante de las motocicletas, además de ser bastante temperamental e hiperactiva, ella circulaba por Tokyo cuando es perseguida por la policía Miyuki Kobayakawa y luego de ser detenida por ella le dice que a partir de ahora ella será su compañera de trabajo en la policía de la prefectura de Bokuto. A lo largo de la serie conocerán a varios personajes muy peculiares y vivirán miles de aventuras a bordo de su patrulla.