No ano 5012, aliens e seus Seres Vivos Mecânicos invadem subitamente e quase exterminam a humanidade. Os poucos sobreviventes se refugiam na Lua e planejam um contra-ataque para reconquistar o planeta. No entanto, enfrentam um impasse devido à capacidade infinita de multiplicação dos Seres Vivos Mecânicos. Para superar esse obstáculo, a humanidade cria a YoRHa, uma unidade de soldados androides. Eles enviam a androide 2B para a Terra, onde ela se junta a 9S para investigar os misteriosos fenômenos encontrados lá.