Dans un futur lointain, l’humanité est au bord de l’extinction, vivant dans des villes fortifiées appelées « Plantations » pour se protéger des créatures géantes appelées Klaxosaures. Pour lutter contre ces monstres, des adolescents élevés dans des laboratoires secrets pilotent des méchas appelés Franxx en paires homme-femme. Ces jeunes pilotes, appelés Parasites, sont élevés dans l’ignorance du monde extérieur et de leur propre humanité.
Hiro, autrefois un prodige parmi les Parasites, a perdu sa confiance après avoir échoué à synchroniser avec son partenaire, ce qui l’a conduit à être marginalisé. Un jour, il rencontre une mystérieuse jeune fille aux cheveux roses, Zero Two, une pilote d’élite connue pour être mi-humaine, mi-Klaxosaure, avec une réputation de « Partenaire tueuse » car aucun de ses partenaires précédents n’a survécu plus de trois missions. Malgré les risques, Hiro décide de devenir son « darling » et de piloter avec elle dans le Franxx, un choix qui changera leur destin à tous les deux.
