故事的序曲从国中一年级开始。长相乖巧可爱的少女吉冈双叶（内田真礼 配音）不擅长应付男生，总觉得男生很讨厌，唯独隔壁班的田中，在她眼中是一个特别的存在。然而，和田中的青涩恋情还没开始，就随着他的转校而凋谢。转眼间，双叶已经是高一学生。因为国中时曾经被班上的女生排挤，她决定伪装自己原本的样子。 在一个平常的课间，她意外遇见一个长得很像田中的男生，他的身高和声音都跟国中时相差很大，这个叫马渕洸（梶裕贵 配音）的男生究竟是不是当年那个腼腆秀气的田中？砰然心跳，稚嫩青涩的闪烁青春，已经拉开帷幕。
那是在极限的世界战斗的人们之间牵绊的物语——存在于这一时空的，无数平行世界之一——在那里，人类驱使着被称作战术步行战斗机（战术机）的人型兵器，与敌对的地球外起源种「BETA」持续了长达数十年的战斗。被灭亡的危机逼入绝境的人类，在残酷的命运当中将会展现怎样的生存方式——发了许多共享的世界游戏和媒体组合。
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据IGN报道，《尼尔：自动人形 Ver1.1a》已决定制作第二季，并公布了第二季预告。西历5012年。突然入侵地球的外星人与其制造的机械生物导致人类面临灭亡危机。仅存的人类逃至月球，为了夺回地球，利用人造人士兵展开反攻作战。 然而无限增加的机械生物阻挡在前，战争陷入胶著状态。 作为最终兵器，人类派遣新型人造人「寄叶」部队至地球。刚被派往地球的「2B」与先行调查员「9S」会合，一同执行任务，却在途中遇见许多神秘难解的现象……
