어느 날, 평범한 여고생 아오의 집에 ‘프레임 암즈 걸’이라는 자동 소형 로봇 ‘고우라이’가 들어있는 소포가 배달된다. 프레임 암즈 걸은 인공지능을 넘어선 인공 자아를 가진 정밀 로봇으로, 세계적으로 기동에 성공한 사례가 없던 고우라이를 깨우는 데 어째선지 성공한 아오. 배틀 데이터를 수집하며 감정을 배우는 프레임 암즈 걸 ‘고우라이’와 프레임 암즈 걸에 대한 지식이 전무한 소녀 아오, 그들의 기묘하고 즐거운 일상이 시작된다!

평화로운 바닷가 마을. 불투명한 미래를 두려워하는 대학생 히나코와 그녀와의 영원을 약속한 소방관 미나토. 바다에서 시작된 그들의 사랑은 파도와 함께 물거품처럼 사라진다. “내가 그 노래를 부르면 물 속에 나타나는 거지?” 미나토의 죽음 이후 슬픔에 가라앉은 히나코. 그리운 마음으로 노래를 부르는 그녀의 물 잔 속에 미나토가 나타난다. “사라지지 마!” 손을 잡을 수도, 안을 수도 없는 두 사람. 히나코 앞에 다시 나타난 미나토에게는 그만의 비밀이 있는데…

아직 어렸던 그 날,아네모네의 아버지 켄은 어린 그녀를 남기고 전쟁에 나갔고, 그리고 돌아오지 않았다.제대로 된 이별 인사도 하지 못한 아네모네의 작은 가슴에 깊은 후회를 남기고... 7년이 지나고 아네모네는 아버지가 죽은 전장, 도쿄에 있었다. 인류의 적인 7번째 유레카 = 유레카 세븐에 맞서기 위한 조직, 아시드의 일원으로서 인류의 희망을 짊어진 아네모네는 유레카 세븐의 내부로 침입한다. 아네모네가 유레카 세븐의 안에서 만난 건 도미니크라는 청년과 유레카라는 푸른 머리카락의 소녀. 이 만남이 의미하는 것은 무엇인가? 그리고 언뜻 스쳐 지나가는 랜턴이라는 이름을 가진 소년의 모습... 아시드에 잡혀있던 수수께끼의 남자, 듀이는 예언한다. "너희가 보고 있는 유레카 세븐은 유레카 세븐이 아니다. 가짜 신이 만들고 파괴한 무수한 필요 없는 세계, 이른바 쓰레기 산이다." 아네모네와 유레카가 만났을 때, 모든 진실이 밝혀지고 새로운 세계의 문이 열린다!