Ao Gennai adalah siswa sekolah menengah tahun pertama yang benar-benar rata-rata, sampai sebuah paket misterius dikirimkan ke rumahnya suatu hari nanti. Di dalam dia menemukan Gourai, robot humanoid kecil yang mampu bergerak dan bertarung yang dikenal sebagai Frame Arms Girl. Gourai adalah yang pertama dari jenisnya, memiliki AI yang sangat canggih yang memungkinkan dia untuk membentuk kepribadian, belajar, dan tumbuh, seperti pikiran manusia.

Setelah aktivasi Gourai, Ao didorong lebih dulu ke dunia Frame Arms Girls karena semakin banyak robot cerdas dikirim langsung ke pintu depannya. Dengan insentif uang tunai yang cukup besar mendorongnya maju, Ao berkomitmen untuk mengumpulkan sebanyak mungkin data tentang Frame Arms Girls dan pertarungan mereka sebanyak mungkin, sambil mereka belajar apa artinya menjadi manusia.