Lucy fait partie d'une sous-espèce humaine nommée les Diclonius, identifiables par de petites cornes et des membres télékinétiques invisibles, ce qui en fait la cible d'expériences gouvernementales brutales. Lorsqu'elle trouve une opportunité de s'échapper, les années de confinement et de torture l'ont tellement déformée qu'elle massacre ses gardiens lors d'une fuite sanglante. Durant cette évasion, une blessure grave à la tête fragmente sa psyché, engendrant une seconde personnalité ressemblant à une enfant innocente à peine capable de parler. Dans cet état vulnérable, elle rencontre Kouta et sa cousine Yuka, deux étudiants qui recueillent la fugitive blessée, ignorants de sa nature meurtrière. Leur compassion déclenche une série d'événements les plongeant dans un monde caché de secrets gouvernementaux et de conspirations.