În viitorul îndepărtat, omenirea a fost împinsă până aproape de dispariție de bestii gigantice cunoscute sub numele de Klaxosauri, forțându-i pe oamenii supraviețuitori să se refugieze în fortărețe masive numite Plantații. Copiii crescuți aici sunt antrenați să piloteze mecanismele gigantice cunoscute sub numele de FranXX – singurele arme cunoscute a fi eficiente împotriva Klaxosaurilor – în perechi de băieți și fete. Crescuți cu unicul scop de a pilota aceste mașini, acești copii nu știu nimic despre lumea exterioară și își pot dovedi existența doar apărându-și rasa.
Hiro, un pilot FranXX aspirant, și-a pierdut motivația și încrederea în sine după ce a picat la un test de aptitudini. Chiulind de la ceremonia de absolvire a clasei sale, Hiro se retrage într-un lac din pădure, unde întâlnește o fată misterioasă cu două coarne care îi cresc din cap. Ea se prezintă cu numele ei de cod Zero Two, despre care se știe că aparține unui infam pilot FranXX cunoscut sub numele de “Ucigașul Partener”. Înainte ca Hiro să poată digera întâlnirea, Plantația este zguduită de un atac brusc al Klaxosaurului. Zero Two atacă creatura cu FranXX-ul ei, dar acesta este puternic avariat în timpul încăierării și se prăbușește lângă Hiro. Găsindu-și partenerul mort, Zero Two îl invită pe Hiro să piloteze mecha cu ea, iar duo-ul învinge cu ușurință Klaxosaurul în lupta care urmează. Cu un nou partener alături, Hiro are șansa de a se răscumpăra pentru eșecurile din trecut, dar cu ce preț?
