源内苍（日笠阳子 配音）是一名十分平凡的高中一年级女生，一天，她收到了一个神秘的包裹，拆开了包装，出现在小苍面前的，是名叫“Frame Arms Girl”的小型机器人轰雷（佳穗成美 配音）。轰雷可不是一般的机器人，她拥有着自我的意识，能够通过学习人类的感情与战斗方式而不断地自我进化，就这样，小苍和轰雷的同居生活拉开了帷幕。 除了轰雷外，还存在着别的机甲少女。个性十分傲娇的短剑（绫濑有 配音）、性格单纯但拥有着广袤的知识的闪燕（长江里加 配音）、行事大大咧咧但充满了正义感的迅雷（桦山南 配音）、没有一丝感情沉默寡言的骨姬（山村响 配音），在轰雷之后，她们接二连三的出现在了小苍的身边。
故事发生在遥远的未来，肆虐的异生兽给人类的安全带来了巨大的困扰，为了抵挡异兽的进攻，日本政府成立了防卫组织TLT，其中，夜袭队拥有着最强大的实力和最强劲的武器，是整个组织内部的中坚力量。 然而，面对经过了进化的新型异生兽，夜袭队亦束手无策，在这个节骨眼上，光之巨人奈克瑟斯奥特曼和它的适能者姫矢准（桐岛优介 饰）出现了。在奈克瑟斯奥特曼创造出的美塔领域中，奥特曼和异兽之间展开了激烈的斗争。孤门一辉（川久保拓司 饰）是TLT里的新进成员，当他目睹了奈克瑟斯奥特曼强大的力量后，开始对奥特曼的起源和姬矢准的神秘过往产生了兴趣。
