У далекому майбутньому людство опинилося на межі вимирання через гігантських звірів, відомих як клаксозаври, які змусили людей, що вижили, сховатися у величезних містах-фортецях під назвою Плантації. Діти, що виховуються тут, навчаються пілотувати гігантські мехи, відомі як FranXX - єдину зброю, яка ефективно бореться з клаксозаврами - в парах хлопчик-дівчинка. Вирощені з єдиною метою - пілотувати ці машини, ці діти нічого не знають про зовнішній світ і здатні довести своє існування, лише захищаючи свою расу.

Хіро, пілот FranXX, втратив мотивацію та впевненість у собі після того, як провалив тест на профпридатність. Прогулюючи випускну церемонію свого класу, Хіро усамітнюється біля лісового озера, де зустрічає загадкову дівчину з двома рогами, що ростуть з голови. Вона представляється своїм кодовим ім'ям Нуль Два, яке, як відомо, належить сумнозвісному пілоту FranXX, відомому як «Вбивця напарників». Перш ніж Хіро встигає переварити цю зустріч, плантацію здригається від раптового нападу клаксозавра. Нуль Два атакує істоту на своєму Франксі, але той зазнає серйозних пошкоджень у сутичці і падає поруч з Хіро. Знайшовши свого напарника мертвим, Зеро Два запрошує Хіро пілотувати меху разом з нею, і дует з легкістю перемагає клаксозавра в наступній сутичці. З новою напарницею на боці Хіро отримав шанс спокутувати свої минулі невдачі, але якою ціною?