Anime ini berlatar di sebuah dunia fiksi dimana terdapat suatu species mutan mirip manusia yang disebut Diclonius.

 
Diclonius memiliki sepasang tanduk di kepalanya dan memiliki tangan-tangan transparan yang disebut dengan Vectors — yang dapat dikendalikan secara telekinesis agar bisa memanipulasi dan memotong objek dalam radius tertentu.

 
Cerita bermula ketika salah seorang/sesosok(?) Diclonius bernama Lucy mencoba kabur dari sebuah laboratorium eksperimen Diclonius.

 
Ia berhasil kabur dari tempat tersebut, namun dengan luka yang menyebabkan ia memperoleh kepribadian lain, kepribadian seperti anak kecil yang kemudian dinamai Nyu.

 
Dalam kondisi yang seperti itu, Lucy bertemu dengan seorang mahasiswa bernama Kouta dan juga sepupunya, Yuka.

 
Mereka menolongnya dan selanjutnya terlibat banyak hal mengerikan bersamanya.