故事發(fā)生在位于千葉縣的立總北高中內(nèi)，小野田坂道（山下大輝 配音）是一名徹頭徹尾的御宅族，沉迷于二次元文化之中。在小野田的整個(gè)初中時(shí)代，他都沒有能夠找到志同道合的同好，因此他做出了一個(gè)決定，那就是一定要在高中加入動(dòng)漫社。哪知道動(dòng)漫社因?yàn)槿藛T不足而解散了，這讓小野田好不容易燃起的斗智宛如澆了一盆冷水。
　　一次偶然中，小野田騎著自行車爬坡的姿態(tài)被騎行社的今泉俊輔（鳥海浩輔 配音）看到了，今泉是一位經(jīng)驗(yàn)非常豐富的自行車運(yùn)動(dòng)員，從初中時(shí)代起就開始參加各類比賽，在小野田的身上，今泉看到了過人的騎行天賦，于是決定游說他加入騎行社。

　　源內(nèi)蒼（日笠陽子 配音）是一名十分平凡的高中一年級(jí)女生，一天，她收到了一個(gè)神秘的包裹，拆開了包裝，出現(xiàn)在小蒼面前的，是名叫“Frame Arms Girl”的小型機(jī)器人轟雷（佳穗成美 配音）。轟雷可不是一般的機(jī)器人，她擁有著自我的意識(shí)，能夠通過學(xué)習(xí)人類的感情與戰(zhàn)斗方式而不斷地自我進(jìn)化，就這樣，小蒼和轟雷的同居生活拉開了帷幕。
　　除了轟雷外，還存在著別的機(jī)甲少女。個(gè)性十分傲嬌的短劍（綾瀨有 配音）、性格單純但擁有著廣袤的知識(shí)的閃燕（長(zhǎng)江里加 配音）、行事大大咧咧但充滿了正義感的迅雷（樺山南 配音）、沒有一絲感情沉默寡言的骨姬（山村響 配音），在轟雷之后，她們接二連三的出現(xiàn)在了小蒼的身邊。

4年了，距離那場(chǎng)私人武裝組織——天人與人類聯(lián)盟軍的決戰(zhàn)過去4年了。天人組織消失了，世界從3個(gè)巨大的國(guó)家聯(lián)盟統(tǒng)一為一個(gè)聯(lián)合政府，世界已經(jīng)統(tǒng)一。但是，這只是表象。表面的政治統(tǒng)一，但軍方秘密組織A-LAWS在暗中從事武裝鎮(zhèn)壓，鎮(zhèn)壓所有反對(duì)聯(lián)合政府的組織與團(tuán)體。這樣的世界，沒有改變。人類依然沒有從戰(zhàn)爭(zhēng)、紛爭(zhēng)、矛盾之中解脫出來。天人組織再次回歸！高達(dá)駕駛員剎那?F?清英駕駛新型號(hào)的機(jī)器人——高達(dá)00再次武力介入。這次，天人組織要面對(duì)的不僅是A-LAWS的機(jī)動(dòng)戰(zhàn)士部隊(duì)，還有神秘組織變革者——其首領(lǐng)里馮茲正在計(jì)劃一個(gè)更大的陰謀！《機(jī)動(dòng)戰(zhàn)士高達(dá)00》系列動(dòng)畫片第2季。