Lucy é membro de uma subespécie humana chamada Diclonius, que se distingue por pequenos chifres e membros telecinéticos invisíveis, características que a tornam alvo de cruéis experimentos governamentais. Ao conseguir uma oportunidade de fuga, anos de confinamento e tortura já a haviam deformado, levando-a a massacrar seus captores em uma fuga ensanguentada. Durante a fuga, um grave ferimento na cabeça fragmenta sua psique, originando uma segunda personalidade que lembra uma criança inocente e quase sem fala. Nesse estado vulnerável, ela encontra Kouta e sua prima Yuka, dois estudantes universitários que acolhem a fugitiva ferida, ignorando sua natureza letal. A compaixão deles desencadeia uma série de eventos que os envolvem em um mundo oculto de segredos governamentais e conspirações.