在遥远的未来，人类文明濒临崩溃，幸存者生活在移动要塞都市"种植园"中。一群被称为"寄生虫"的少男少女被培养成FRANXX机甲的驾驶员，他们对外面的世界一无所知。代号"016"的失败驾驶员广遇见了神秘少女02，她被称为"搭档杀手"，拥有蓝色血液和角。两人搭档驾驶鹤望兰号，逐渐揭开世界的真相：人类为对抗叫龙威胁已放弃生育能力，孩子们实为培养的兵器。随着战斗升级，02体内叫龙血脉觉醒，广发现他们童年曾相遇并许下誓言。最终众人突破鸟笼束缚，与叫龙女王展开决战，揭示了叫龙实为人类为对抗外星入侵者"VIRM"制造的武器。02与广融合为巨大机甲，在月球决战中牺牲自己消灭VIRM主力，他们的意识化作星辰守护地球。多年后，文明重生，孩子们的后代在蓝天绿野间自由生活。